Abstract

A laser diode (LD)-pumped, 6-GHz repetition rate, ytterbium (Yb)-doped Lu2O3 ceramic Kerr-lens mode-locked laser is described. A bow-tie ring cavity enabled the generation of femtosecond pulses centered at a wavelength of 1076 nm with an average power of 10 mW. The pulse duration after an amplifier was 161 fs whereas the transform-limited pulse duration directly from the oscillator was 148 fs. The repetition frequency was sufficiently high for each longitudinal mode to be spectrally resolved by a commercially available optical spectrum analyzer. The developed laser was successfully applied to the absorption spectroscopy of metastable helium4 and demonstrated the suitability of the system as a source for comb-resolved broadband spectroscopy.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. A. Bartels, D. Heinecke, and S. A. Diddams, Science 326, 681 (2009).
    [CrossRef]
  2. D. Hillerkuss and R. Schmogrow, Nat. Photonics 5, 364 (2011).
    [CrossRef]
  3. C. Janke, M. Först, M. Nagel, H. Kurz, and A. Bartels, Opt. Lett. 30, 1405 (2005).
    [CrossRef]
  4. S. A. Diddams, M. Kirchner, T. Fortier, D. Braje, A. M. Weiner, and L. Hollberg, Opt. Express 17, 3331 (2009).
    [CrossRef]
  5. S. Chu, T. Liu, C. Sun, C. Lin, and H. Tsai, Opt. Express 11, 933 (2003).
    [CrossRef]
  6. S. A. Diddams, L. Hollberg, and V. Mbele, Nature 445, 627 (2007).
    [CrossRef]
  7. M. C. Stowe, M. J. Thorpe, A. Pe’er, J. Ye, J. E. Stalnaker, V. Gerginov, and S. A. Diddams, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 55, 1 (2008).
    [CrossRef]
  8. S. T. Cundiff and A. M. Weiner, Nat. Photonics 4, 760 (2010).
    [CrossRef]
  9. T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. González Hernández, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
    [CrossRef]
  10. D. Heinecke, A. Bartels, T. Fortier, D. Braje, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Phys. Rev. A 80, 1 (2009).
    [CrossRef]
  11. D. Kielpinski, Phys. Rev. A 73, 1 (2006).
    [CrossRef]
  12. M. Takamoto, F. L. Hong, R. Higashi, and H. Katori, Nature 435, 321 (2005).
    [CrossRef]
  13. C. Gohle, B. Stein, A. Schliesser, T. Udem, and T. W. Hänsch, Opt. Express 16, 2387 (2007).
  14. T. Eidam, S. Hanf, E. Seise, T. V. Andersen, T. Gabler, C. Wirth, T. Schreiber, J. Limpert, and A. Tünnermann, Opt. Lett. 35, 94 (2010).
    [CrossRef]
  15. A. Choudhary, A. A. Lagatsky, P. Kannan, W. Sibbett, C. T. A. Brown, and D. P. Shepherd, Opt. Lett. 37, 4416 (2012).
    [CrossRef]
  16. M. Endo, A. Ozawa, and Y. Kobayashi, Opt. Express 20, 12191 (2012).
    [CrossRef]
  17. H. Yang, C. Kim, S. Choi, and G. Kim, Opt. Express 20, 29518 (2012).
    [CrossRef]
  18. W. Z. Zhuang, M. T. Chang, H. C. Liang, and Y. F. Chen, Opt. Lett. 38, 2596 (2013).
    [CrossRef]
  19. A. Klenner, M. Golling, and U. Keller, Opt. Express 21, 10351 (2013).
    [CrossRef]
  20. M. Tokurakawa, K. Takaichi, A. Shirakawa, and K. Ueda, Opt. Express 14, 12832 (2006).
    [CrossRef]
  21. Y. Senatsky, A. Shirakawa, Y. Sato, J. Hagiwara, J. Lu, K. Ueda, H. Yagi, and T. Yanagitani, Laser Phys. Lett. 1, 500 (2004).
    [CrossRef]
  22. M. George, L. Lombardi, and E. Hessels, Phys. Rev. Lett. 87, 1 (2001).
    [CrossRef]

2013

2012

2011

D. Hillerkuss and R. Schmogrow, Nat. Photonics 5, 364 (2011).
[CrossRef]

2010

2009

A. Bartels, D. Heinecke, and S. A. Diddams, Science 326, 681 (2009).
[CrossRef]

D. Heinecke, A. Bartels, T. Fortier, D. Braje, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Phys. Rev. A 80, 1 (2009).
[CrossRef]

S. A. Diddams, M. Kirchner, T. Fortier, D. Braje, A. M. Weiner, and L. Hollberg, Opt. Express 17, 3331 (2009).
[CrossRef]

2008

M. C. Stowe, M. J. Thorpe, A. Pe’er, J. Ye, J. E. Stalnaker, V. Gerginov, and S. A. Diddams, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 55, 1 (2008).
[CrossRef]

2007

2006

2005

M. Takamoto, F. L. Hong, R. Higashi, and H. Katori, Nature 435, 321 (2005).
[CrossRef]

C. Janke, M. Först, M. Nagel, H. Kurz, and A. Bartels, Opt. Lett. 30, 1405 (2005).
[CrossRef]

2004

Y. Senatsky, A. Shirakawa, Y. Sato, J. Hagiwara, J. Lu, K. Ueda, H. Yagi, and T. Yanagitani, Laser Phys. Lett. 1, 500 (2004).
[CrossRef]

2003

2001

M. George, L. Lombardi, and E. Hessels, Phys. Rev. Lett. 87, 1 (2001).
[CrossRef]

Andersen, T. V.

Bartels, A.

D. Heinecke, A. Bartels, T. Fortier, D. Braje, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Phys. Rev. A 80, 1 (2009).
[CrossRef]

A. Bartels, D. Heinecke, and S. A. Diddams, Science 326, 681 (2009).
[CrossRef]

C. Janke, M. Först, M. Nagel, H. Kurz, and A. Bartels, Opt. Lett. 30, 1405 (2005).
[CrossRef]

Braje, D.

D. Heinecke, A. Bartels, T. Fortier, D. Braje, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Phys. Rev. A 80, 1 (2009).
[CrossRef]

S. A. Diddams, M. Kirchner, T. Fortier, D. Braje, A. M. Weiner, and L. Hollberg, Opt. Express 17, 3331 (2009).
[CrossRef]

Brown, C. T. A.

Chang, M. T.

Chen, Y. F.

Choi, S.

Choudhary, A.

Chu, S.

Cundiff, S. T.

S. T. Cundiff and A. M. Weiner, Nat. Photonics 4, 760 (2010).
[CrossRef]

Curto, G. L.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. González Hernández, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

Diddams, S. A.

D. Heinecke, A. Bartels, T. Fortier, D. Braje, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Phys. Rev. A 80, 1 (2009).
[CrossRef]

S. A. Diddams, M. Kirchner, T. Fortier, D. Braje, A. M. Weiner, and L. Hollberg, Opt. Express 17, 3331 (2009).
[CrossRef]

A. Bartels, D. Heinecke, and S. A. Diddams, Science 326, 681 (2009).
[CrossRef]

M. C. Stowe, M. J. Thorpe, A. Pe’er, J. Ye, J. E. Stalnaker, V. Gerginov, and S. A. Diddams, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 55, 1 (2008).
[CrossRef]

S. A. Diddams, L. Hollberg, and V. Mbele, Nature 445, 627 (2007).
[CrossRef]

Eidam, T.

Endo, M.

Först, M.

Fortier, T.

D. Heinecke, A. Bartels, T. Fortier, D. Braje, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Phys. Rev. A 80, 1 (2009).
[CrossRef]

S. A. Diddams, M. Kirchner, T. Fortier, D. Braje, A. M. Weiner, and L. Hollberg, Opt. Express 17, 3331 (2009).
[CrossRef]

Gabler, T.

George, M.

M. George, L. Lombardi, and E. Hessels, Phys. Rev. Lett. 87, 1 (2001).
[CrossRef]

Gerginov, V.

M. C. Stowe, M. J. Thorpe, A. Pe’er, J. Ye, J. E. Stalnaker, V. Gerginov, and S. A. Diddams, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 55, 1 (2008).
[CrossRef]

Gohle, C.

Golling, M.

González Hernández, J. I.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. González Hernández, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

Hagiwara, J.

Y. Senatsky, A. Shirakawa, Y. Sato, J. Hagiwara, J. Lu, K. Ueda, H. Yagi, and T. Yanagitani, Laser Phys. Lett. 1, 500 (2004).
[CrossRef]

Hanf, S.

Hänsch, T. W.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. González Hernández, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

C. Gohle, B. Stein, A. Schliesser, T. Udem, and T. W. Hänsch, Opt. Express 16, 2387 (2007).

Heinecke, D.

D. Heinecke, A. Bartels, T. Fortier, D. Braje, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Phys. Rev. A 80, 1 (2009).
[CrossRef]

A. Bartels, D. Heinecke, and S. A. Diddams, Science 326, 681 (2009).
[CrossRef]

Hessels, E.

M. George, L. Lombardi, and E. Hessels, Phys. Rev. Lett. 87, 1 (2001).
[CrossRef]

Higashi, R.

M. Takamoto, F. L. Hong, R. Higashi, and H. Katori, Nature 435, 321 (2005).
[CrossRef]

Hillerkuss, D.

D. Hillerkuss and R. Schmogrow, Nat. Photonics 5, 364 (2011).
[CrossRef]

Hollberg, L.

S. A. Diddams, M. Kirchner, T. Fortier, D. Braje, A. M. Weiner, and L. Hollberg, Opt. Express 17, 3331 (2009).
[CrossRef]

D. Heinecke, A. Bartels, T. Fortier, D. Braje, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Phys. Rev. A 80, 1 (2009).
[CrossRef]

S. A. Diddams, L. Hollberg, and V. Mbele, Nature 445, 627 (2007).
[CrossRef]

Holzwarth, R.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. González Hernández, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

Hong, F. L.

M. Takamoto, F. L. Hong, R. Higashi, and H. Katori, Nature 435, 321 (2005).
[CrossRef]

Janke, C.

Kannan, P.

Katori, H.

M. Takamoto, F. L. Hong, R. Higashi, and H. Katori, Nature 435, 321 (2005).
[CrossRef]

Keller, U.

Kielpinski, D.

D. Kielpinski, Phys. Rev. A 73, 1 (2006).
[CrossRef]

Kim, C.

Kim, G.

Kirchner, M.

Klenner, A.

Kobayashi, Y.

Kurz, H.

Lagatsky, A. A.

Liang, H. C.

Limpert, J.

Lin, C.

Liu, T.

Lombardi, L.

M. George, L. Lombardi, and E. Hessels, Phys. Rev. Lett. 87, 1 (2001).
[CrossRef]

Lu, J.

Y. Senatsky, A. Shirakawa, Y. Sato, J. Hagiwara, J. Lu, K. Ueda, H. Yagi, and T. Yanagitani, Laser Phys. Lett. 1, 500 (2004).
[CrossRef]

Manescau, A.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. González Hernández, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

Mbele, V.

S. A. Diddams, L. Hollberg, and V. Mbele, Nature 445, 627 (2007).
[CrossRef]

Nagel, M.

Ozawa, A.

Pasquini, L.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. González Hernández, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

Pe’er, A.

M. C. Stowe, M. J. Thorpe, A. Pe’er, J. Ye, J. E. Stalnaker, V. Gerginov, and S. A. Diddams, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 55, 1 (2008).
[CrossRef]

Probst, R. A.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. González Hernández, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

Rebolo, R.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. González Hernández, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

Sato, Y.

Y. Senatsky, A. Shirakawa, Y. Sato, J. Hagiwara, J. Lu, K. Ueda, H. Yagi, and T. Yanagitani, Laser Phys. Lett. 1, 500 (2004).
[CrossRef]

Schliesser, A.

Schmogrow, R.

D. Hillerkuss and R. Schmogrow, Nat. Photonics 5, 364 (2011).
[CrossRef]

Schreiber, T.

Seise, E.

Senatsky, Y.

Y. Senatsky, A. Shirakawa, Y. Sato, J. Hagiwara, J. Lu, K. Ueda, H. Yagi, and T. Yanagitani, Laser Phys. Lett. 1, 500 (2004).
[CrossRef]

Shepherd, D. P.

Shirakawa, A.

M. Tokurakawa, K. Takaichi, A. Shirakawa, and K. Ueda, Opt. Express 14, 12832 (2006).
[CrossRef]

Y. Senatsky, A. Shirakawa, Y. Sato, J. Hagiwara, J. Lu, K. Ueda, H. Yagi, and T. Yanagitani, Laser Phys. Lett. 1, 500 (2004).
[CrossRef]

Sibbett, W.

Stalnaker, J. E.

M. C. Stowe, M. J. Thorpe, A. Pe’er, J. Ye, J. E. Stalnaker, V. Gerginov, and S. A. Diddams, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 55, 1 (2008).
[CrossRef]

Stein, B.

Steinmetz, T.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. González Hernández, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

Stowe, M. C.

M. C. Stowe, M. J. Thorpe, A. Pe’er, J. Ye, J. E. Stalnaker, V. Gerginov, and S. A. Diddams, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 55, 1 (2008).
[CrossRef]

Sun, C.

Takaichi, K.

Takamoto, M.

M. Takamoto, F. L. Hong, R. Higashi, and H. Katori, Nature 435, 321 (2005).
[CrossRef]

Thorpe, M. J.

M. C. Stowe, M. J. Thorpe, A. Pe’er, J. Ye, J. E. Stalnaker, V. Gerginov, and S. A. Diddams, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 55, 1 (2008).
[CrossRef]

Tokurakawa, M.

Tsai, H.

Tünnermann, A.

Udem, T.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. González Hernández, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

C. Gohle, B. Stein, A. Schliesser, T. Udem, and T. W. Hänsch, Opt. Express 16, 2387 (2007).

Ueda, K.

M. Tokurakawa, K. Takaichi, A. Shirakawa, and K. Ueda, Opt. Express 14, 12832 (2006).
[CrossRef]

Y. Senatsky, A. Shirakawa, Y. Sato, J. Hagiwara, J. Lu, K. Ueda, H. Yagi, and T. Yanagitani, Laser Phys. Lett. 1, 500 (2004).
[CrossRef]

Weiner, A. M.

Wilken, T.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. González Hernández, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

Wirth, C.

Yagi, H.

Y. Senatsky, A. Shirakawa, Y. Sato, J. Hagiwara, J. Lu, K. Ueda, H. Yagi, and T. Yanagitani, Laser Phys. Lett. 1, 500 (2004).
[CrossRef]

Yanagitani, T.

Y. Senatsky, A. Shirakawa, Y. Sato, J. Hagiwara, J. Lu, K. Ueda, H. Yagi, and T. Yanagitani, Laser Phys. Lett. 1, 500 (2004).
[CrossRef]

Yang, H.

Ye, J.

M. C. Stowe, M. J. Thorpe, A. Pe’er, J. Ye, J. E. Stalnaker, V. Gerginov, and S. A. Diddams, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 55, 1 (2008).
[CrossRef]

Zhuang, W. Z.

Adv. At. Mol. Opt. Phys.

M. C. Stowe, M. J. Thorpe, A. Pe’er, J. Ye, J. E. Stalnaker, V. Gerginov, and S. A. Diddams, Adv. At. Mol. Opt. Phys. 55, 1 (2008).
[CrossRef]

Laser Phys. Lett.

Y. Senatsky, A. Shirakawa, Y. Sato, J. Hagiwara, J. Lu, K. Ueda, H. Yagi, and T. Yanagitani, Laser Phys. Lett. 1, 500 (2004).
[CrossRef]

Nat. Photonics

S. T. Cundiff and A. M. Weiner, Nat. Photonics 4, 760 (2010).
[CrossRef]

D. Hillerkuss and R. Schmogrow, Nat. Photonics 5, 364 (2011).
[CrossRef]

Nature

S. A. Diddams, L. Hollberg, and V. Mbele, Nature 445, 627 (2007).
[CrossRef]

M. Takamoto, F. L. Hong, R. Higashi, and H. Katori, Nature 435, 321 (2005).
[CrossRef]

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. González Hernández, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Phys. Rev. A

D. Heinecke, A. Bartels, T. Fortier, D. Braje, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Phys. Rev. A 80, 1 (2009).
[CrossRef]

D. Kielpinski, Phys. Rev. A 73, 1 (2006).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett.

M. George, L. Lombardi, and E. Hessels, Phys. Rev. Lett. 87, 1 (2001).
[CrossRef]

Science

A. Bartels, D. Heinecke, and S. A. Diddams, Science 326, 681 (2009).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1.
Fig. 1.

Setup of the laser. SMF, polarization-maintaining SMF with FC/APC connector; L1 and L2, collimating and focusing lenses, respectively; HWP, half-wave plate; gain medium, 1 mm thick, 3 at. % Yb:Lu2O3 ceramic; DM, dichroic pump mirror; HR, high-reflection coated mirror; CM, chirped-coated mirror (GDD=250fs2 at 1080 nm); DCF, double-clad fiber.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) Optical spectrum measured by an optical spectrum analyzer with a resolution of 1 nm. The FWHM of the spectrum is 8.2 nm centered at 1076 nm. Fourier-transform-limited pulse duration was 148 fs. (b) RF spectrum of the pulse train measured by an RF signal analyzer with resolution bandwidths of 3 MHz and 1 kHz (inset). (c) Fringe resolved AC signal. The measured pulse duration was 161 fs.

Fig. 3.
Fig. 3.

(a) Helium4 energy levels. (b) Measured spectra when the RF discharge was off (dashed line, blue online) and on (solid line, red online) using an optical spectrum analyzer with a resolution of 4.3 GHz. The dotted curve (purple online) is the difference between the solid and dashed lines.

Metrics