Abstract

Based on degenerate four-wave mixing (FWM), the broadband Stokes waves are efficiently generated at the mid-infrared wavelength above 2 μm, for the first time to our knowledge, by coupling the femtosecond pulses into the fundamental mode of a silica photonic crystal fiber designed and fabricated in our laboratory. Influences of the power and wavelength of pump pulses on the phase-matched frequency conversion process are discussed. When pump pulses with central wavelength of 815 nm and average power of 300 mW are used, the output power ratio of the Stokes wave generated at 2226 nm and the residual pump wave Ps/Pres is estimated to be 10.81, and the corresponding conversion efficiency ηs and bandwidth Bs of the Stokes wave can be up to 26% and 33 nm, respectively. The efficient and broadband Stokes waves can be used as the ultrashort pulse sources for mid-infrared photonics and spectroscopy.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. P. St. J. Russell, Science 299, 358 (2003).
    [CrossRef]
  2. J. C. Knight, Nature 424, 847 (2003).
    [CrossRef]
  3. P. St. J. Russell, J. Lightwave Technol. 24, 4729 (2006).
    [CrossRef]
  4. J. M. Dudley and J. R. Taylor, Nat. Photonics 3, 85 (2009).
    [CrossRef]
  5. K. S. Abedin, J. T. Gopinath, E. P. Ippen, C. E. Kerbage, R. S. Windeler, and B. J. Eggleton, Appl. Phys. Lett. 81, 1384 (2002).
    [CrossRef]
  6. D. A. Akimov, E. E. Serebryannikov, A. M. Zheltikov, M. Schmitt, R. Maksimenka, W. Kiefer, K. V. Dukel’skii, V. S. Shevandin, and Y. N. Kondrat’ev, Opt. Lett. 28, 1948 (2003).
    [CrossRef]
  7. S. O. Konorov, D. A. Akimov, A. A. Ivanov, M. V. Alfimov, A. B. Fedotov, D. A. Sidorov-Biryukov, L. A. Mel’nikov, A. V. Shcherbakov, I. Bugar, D. Chorvat, F. Uherek, D. Chorvat, and A. M. Zheltikov, Laser Phys. Lett. 1, 402 (2004).
    [CrossRef]
  8. J. M. Dudley, G. Genty, and S. Coen, Rev. Mod. Phys. 78, 1135 (2006).
    [CrossRef]
  9. T. T. Yang, C. Shu, and C. Lin, Opt. Express 13, 5409 (2005).
    [CrossRef]
  10. M. L. Hu, C. Y. Wang, Y. J. Song, Y. F. Li, and L. Chai, Opt. Express 14, 1189 (2006).
    [CrossRef]
  11. S. Asimakis, P. Petropoulos, F. Poletti, J. Y. Y. Leong, R. C. Moore, K. E. Frampton, X. Feng, W. H. Loh, and D. J. Richardson, Opt. Express 15, 596 (2007).
    [CrossRef]
  12. J. H. Yuan, X. Z. Sang, C. X. Yu, S. G. Li, G. Y. Zhou, and L. T. Hou, IEEE J. Quantum Electron. 46, 728 (2010).
    [CrossRef]
  13. D. Nodop, C. Jauregui, D. Schimpf, J. Limpert, and A. Tünnermann, Opt. Lett. 34, 3499 (2009).
    [CrossRef]
  14. A. Herzog, A. Shamir, and A. A. Ishaaya, Opt. Lett. 37, 82 (2012).
    [CrossRef]
  15. G. P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics (Academic, 2001).
  16. A. V. Husakou and J. Herrmann, Appl. Phys. Lett. 83, 3867 (2003).
    [CrossRef]
  17. X. Z. Hu, L. S. Zou, and Y. X. Liu, Fiber Optic Cable and Engineering Application (Academic, 1998).
  18. D. Ouzounov, D. Homoelle, W. Zipfel, W. W. Webb, A. L. Gaeta, J. A. West, J. C. Fajardo, and K. W. Koch, Opt. Commun. 192, 219 (2001).
    [CrossRef]

2012 (1)

2010 (1)

J. H. Yuan, X. Z. Sang, C. X. Yu, S. G. Li, G. Y. Zhou, and L. T. Hou, IEEE J. Quantum Electron. 46, 728 (2010).
[CrossRef]

2009 (2)

2007 (1)

2006 (3)

2005 (1)

2004 (1)

S. O. Konorov, D. A. Akimov, A. A. Ivanov, M. V. Alfimov, A. B. Fedotov, D. A. Sidorov-Biryukov, L. A. Mel’nikov, A. V. Shcherbakov, I. Bugar, D. Chorvat, F. Uherek, D. Chorvat, and A. M. Zheltikov, Laser Phys. Lett. 1, 402 (2004).
[CrossRef]

2003 (4)

A. V. Husakou and J. Herrmann, Appl. Phys. Lett. 83, 3867 (2003).
[CrossRef]

D. A. Akimov, E. E. Serebryannikov, A. M. Zheltikov, M. Schmitt, R. Maksimenka, W. Kiefer, K. V. Dukel’skii, V. S. Shevandin, and Y. N. Kondrat’ev, Opt. Lett. 28, 1948 (2003).
[CrossRef]

P. St. J. Russell, Science 299, 358 (2003).
[CrossRef]

J. C. Knight, Nature 424, 847 (2003).
[CrossRef]

2002 (1)

K. S. Abedin, J. T. Gopinath, E. P. Ippen, C. E. Kerbage, R. S. Windeler, and B. J. Eggleton, Appl. Phys. Lett. 81, 1384 (2002).
[CrossRef]

2001 (1)

D. Ouzounov, D. Homoelle, W. Zipfel, W. W. Webb, A. L. Gaeta, J. A. West, J. C. Fajardo, and K. W. Koch, Opt. Commun. 192, 219 (2001).
[CrossRef]

Abedin, K. S.

K. S. Abedin, J. T. Gopinath, E. P. Ippen, C. E. Kerbage, R. S. Windeler, and B. J. Eggleton, Appl. Phys. Lett. 81, 1384 (2002).
[CrossRef]

Agrawal, G. P.

G. P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics (Academic, 2001).

Akimov, D. A.

S. O. Konorov, D. A. Akimov, A. A. Ivanov, M. V. Alfimov, A. B. Fedotov, D. A. Sidorov-Biryukov, L. A. Mel’nikov, A. V. Shcherbakov, I. Bugar, D. Chorvat, F. Uherek, D. Chorvat, and A. M. Zheltikov, Laser Phys. Lett. 1, 402 (2004).
[CrossRef]

D. A. Akimov, E. E. Serebryannikov, A. M. Zheltikov, M. Schmitt, R. Maksimenka, W. Kiefer, K. V. Dukel’skii, V. S. Shevandin, and Y. N. Kondrat’ev, Opt. Lett. 28, 1948 (2003).
[CrossRef]

Alfimov, M. V.

S. O. Konorov, D. A. Akimov, A. A. Ivanov, M. V. Alfimov, A. B. Fedotov, D. A. Sidorov-Biryukov, L. A. Mel’nikov, A. V. Shcherbakov, I. Bugar, D. Chorvat, F. Uherek, D. Chorvat, and A. M. Zheltikov, Laser Phys. Lett. 1, 402 (2004).
[CrossRef]

Asimakis, S.

Bugar, I.

S. O. Konorov, D. A. Akimov, A. A. Ivanov, M. V. Alfimov, A. B. Fedotov, D. A. Sidorov-Biryukov, L. A. Mel’nikov, A. V. Shcherbakov, I. Bugar, D. Chorvat, F. Uherek, D. Chorvat, and A. M. Zheltikov, Laser Phys. Lett. 1, 402 (2004).
[CrossRef]

Chai, L.

Chorvat, D.

S. O. Konorov, D. A. Akimov, A. A. Ivanov, M. V. Alfimov, A. B. Fedotov, D. A. Sidorov-Biryukov, L. A. Mel’nikov, A. V. Shcherbakov, I. Bugar, D. Chorvat, F. Uherek, D. Chorvat, and A. M. Zheltikov, Laser Phys. Lett. 1, 402 (2004).
[CrossRef]

S. O. Konorov, D. A. Akimov, A. A. Ivanov, M. V. Alfimov, A. B. Fedotov, D. A. Sidorov-Biryukov, L. A. Mel’nikov, A. V. Shcherbakov, I. Bugar, D. Chorvat, F. Uherek, D. Chorvat, and A. M. Zheltikov, Laser Phys. Lett. 1, 402 (2004).
[CrossRef]

Coen, S.

J. M. Dudley, G. Genty, and S. Coen, Rev. Mod. Phys. 78, 1135 (2006).
[CrossRef]

Dudley, J. M.

J. M. Dudley and J. R. Taylor, Nat. Photonics 3, 85 (2009).
[CrossRef]

J. M. Dudley, G. Genty, and S. Coen, Rev. Mod. Phys. 78, 1135 (2006).
[CrossRef]

Dukel’skii, K. V.

Eggleton, B. J.

K. S. Abedin, J. T. Gopinath, E. P. Ippen, C. E. Kerbage, R. S. Windeler, and B. J. Eggleton, Appl. Phys. Lett. 81, 1384 (2002).
[CrossRef]

Fajardo, J. C.

D. Ouzounov, D. Homoelle, W. Zipfel, W. W. Webb, A. L. Gaeta, J. A. West, J. C. Fajardo, and K. W. Koch, Opt. Commun. 192, 219 (2001).
[CrossRef]

Fedotov, A. B.

S. O. Konorov, D. A. Akimov, A. A. Ivanov, M. V. Alfimov, A. B. Fedotov, D. A. Sidorov-Biryukov, L. A. Mel’nikov, A. V. Shcherbakov, I. Bugar, D. Chorvat, F. Uherek, D. Chorvat, and A. M. Zheltikov, Laser Phys. Lett. 1, 402 (2004).
[CrossRef]

Feng, X.

Frampton, K. E.

Gaeta, A. L.

D. Ouzounov, D. Homoelle, W. Zipfel, W. W. Webb, A. L. Gaeta, J. A. West, J. C. Fajardo, and K. W. Koch, Opt. Commun. 192, 219 (2001).
[CrossRef]

Genty, G.

J. M. Dudley, G. Genty, and S. Coen, Rev. Mod. Phys. 78, 1135 (2006).
[CrossRef]

Gopinath, J. T.

K. S. Abedin, J. T. Gopinath, E. P. Ippen, C. E. Kerbage, R. S. Windeler, and B. J. Eggleton, Appl. Phys. Lett. 81, 1384 (2002).
[CrossRef]

Herrmann, J.

A. V. Husakou and J. Herrmann, Appl. Phys. Lett. 83, 3867 (2003).
[CrossRef]

Herzog, A.

Homoelle, D.

D. Ouzounov, D. Homoelle, W. Zipfel, W. W. Webb, A. L. Gaeta, J. A. West, J. C. Fajardo, and K. W. Koch, Opt. Commun. 192, 219 (2001).
[CrossRef]

Hou, L. T.

J. H. Yuan, X. Z. Sang, C. X. Yu, S. G. Li, G. Y. Zhou, and L. T. Hou, IEEE J. Quantum Electron. 46, 728 (2010).
[CrossRef]

Hu, M. L.

Hu, X. Z.

X. Z. Hu, L. S. Zou, and Y. X. Liu, Fiber Optic Cable and Engineering Application (Academic, 1998).

Husakou, A. V.

A. V. Husakou and J. Herrmann, Appl. Phys. Lett. 83, 3867 (2003).
[CrossRef]

Ippen, E. P.

K. S. Abedin, J. T. Gopinath, E. P. Ippen, C. E. Kerbage, R. S. Windeler, and B. J. Eggleton, Appl. Phys. Lett. 81, 1384 (2002).
[CrossRef]

Ishaaya, A. A.

Ivanov, A. A.

S. O. Konorov, D. A. Akimov, A. A. Ivanov, M. V. Alfimov, A. B. Fedotov, D. A. Sidorov-Biryukov, L. A. Mel’nikov, A. V. Shcherbakov, I. Bugar, D. Chorvat, F. Uherek, D. Chorvat, and A. M. Zheltikov, Laser Phys. Lett. 1, 402 (2004).
[CrossRef]

Jauregui, C.

Kerbage, C. E.

K. S. Abedin, J. T. Gopinath, E. P. Ippen, C. E. Kerbage, R. S. Windeler, and B. J. Eggleton, Appl. Phys. Lett. 81, 1384 (2002).
[CrossRef]

Kiefer, W.

Knight, J. C.

J. C. Knight, Nature 424, 847 (2003).
[CrossRef]

Koch, K. W.

D. Ouzounov, D. Homoelle, W. Zipfel, W. W. Webb, A. L. Gaeta, J. A. West, J. C. Fajardo, and K. W. Koch, Opt. Commun. 192, 219 (2001).
[CrossRef]

Kondrat’ev, Y. N.

Konorov, S. O.

S. O. Konorov, D. A. Akimov, A. A. Ivanov, M. V. Alfimov, A. B. Fedotov, D. A. Sidorov-Biryukov, L. A. Mel’nikov, A. V. Shcherbakov, I. Bugar, D. Chorvat, F. Uherek, D. Chorvat, and A. M. Zheltikov, Laser Phys. Lett. 1, 402 (2004).
[CrossRef]

Leong, J. Y. Y.

Li, S. G.

J. H. Yuan, X. Z. Sang, C. X. Yu, S. G. Li, G. Y. Zhou, and L. T. Hou, IEEE J. Quantum Electron. 46, 728 (2010).
[CrossRef]

Li, Y. F.

Limpert, J.

Lin, C.

Liu, Y. X.

X. Z. Hu, L. S. Zou, and Y. X. Liu, Fiber Optic Cable and Engineering Application (Academic, 1998).

Loh, W. H.

Maksimenka, R.

Mel’nikov, L. A.

S. O. Konorov, D. A. Akimov, A. A. Ivanov, M. V. Alfimov, A. B. Fedotov, D. A. Sidorov-Biryukov, L. A. Mel’nikov, A. V. Shcherbakov, I. Bugar, D. Chorvat, F. Uherek, D. Chorvat, and A. M. Zheltikov, Laser Phys. Lett. 1, 402 (2004).
[CrossRef]

Moore, R. C.

Nodop, D.

Ouzounov, D.

D. Ouzounov, D. Homoelle, W. Zipfel, W. W. Webb, A. L. Gaeta, J. A. West, J. C. Fajardo, and K. W. Koch, Opt. Commun. 192, 219 (2001).
[CrossRef]

Petropoulos, P.

Poletti, F.

Richardson, D. J.

Russell, P. St. J.

Sang, X. Z.

J. H. Yuan, X. Z. Sang, C. X. Yu, S. G. Li, G. Y. Zhou, and L. T. Hou, IEEE J. Quantum Electron. 46, 728 (2010).
[CrossRef]

Schimpf, D.

Schmitt, M.

Serebryannikov, E. E.

Shamir, A.

Shcherbakov, A. V.

S. O. Konorov, D. A. Akimov, A. A. Ivanov, M. V. Alfimov, A. B. Fedotov, D. A. Sidorov-Biryukov, L. A. Mel’nikov, A. V. Shcherbakov, I. Bugar, D. Chorvat, F. Uherek, D. Chorvat, and A. M. Zheltikov, Laser Phys. Lett. 1, 402 (2004).
[CrossRef]

Shevandin, V. S.

Shu, C.

Sidorov-Biryukov, D. A.

S. O. Konorov, D. A. Akimov, A. A. Ivanov, M. V. Alfimov, A. B. Fedotov, D. A. Sidorov-Biryukov, L. A. Mel’nikov, A. V. Shcherbakov, I. Bugar, D. Chorvat, F. Uherek, D. Chorvat, and A. M. Zheltikov, Laser Phys. Lett. 1, 402 (2004).
[CrossRef]

Song, Y. J.

Taylor, J. R.

J. M. Dudley and J. R. Taylor, Nat. Photonics 3, 85 (2009).
[CrossRef]

Tünnermann, A.

Uherek, F.

S. O. Konorov, D. A. Akimov, A. A. Ivanov, M. V. Alfimov, A. B. Fedotov, D. A. Sidorov-Biryukov, L. A. Mel’nikov, A. V. Shcherbakov, I. Bugar, D. Chorvat, F. Uherek, D. Chorvat, and A. M. Zheltikov, Laser Phys. Lett. 1, 402 (2004).
[CrossRef]

Wang, C. Y.

Webb, W. W.

D. Ouzounov, D. Homoelle, W. Zipfel, W. W. Webb, A. L. Gaeta, J. A. West, J. C. Fajardo, and K. W. Koch, Opt. Commun. 192, 219 (2001).
[CrossRef]

West, J. A.

D. Ouzounov, D. Homoelle, W. Zipfel, W. W. Webb, A. L. Gaeta, J. A. West, J. C. Fajardo, and K. W. Koch, Opt. Commun. 192, 219 (2001).
[CrossRef]

Windeler, R. S.

K. S. Abedin, J. T. Gopinath, E. P. Ippen, C. E. Kerbage, R. S. Windeler, and B. J. Eggleton, Appl. Phys. Lett. 81, 1384 (2002).
[CrossRef]

Yang, T. T.

Yu, C. X.

J. H. Yuan, X. Z. Sang, C. X. Yu, S. G. Li, G. Y. Zhou, and L. T. Hou, IEEE J. Quantum Electron. 46, 728 (2010).
[CrossRef]

Yuan, J. H.

J. H. Yuan, X. Z. Sang, C. X. Yu, S. G. Li, G. Y. Zhou, and L. T. Hou, IEEE J. Quantum Electron. 46, 728 (2010).
[CrossRef]

Zheltikov, A. M.

S. O. Konorov, D. A. Akimov, A. A. Ivanov, M. V. Alfimov, A. B. Fedotov, D. A. Sidorov-Biryukov, L. A. Mel’nikov, A. V. Shcherbakov, I. Bugar, D. Chorvat, F. Uherek, D. Chorvat, and A. M. Zheltikov, Laser Phys. Lett. 1, 402 (2004).
[CrossRef]

D. A. Akimov, E. E. Serebryannikov, A. M. Zheltikov, M. Schmitt, R. Maksimenka, W. Kiefer, K. V. Dukel’skii, V. S. Shevandin, and Y. N. Kondrat’ev, Opt. Lett. 28, 1948 (2003).
[CrossRef]

Zhou, G. Y.

J. H. Yuan, X. Z. Sang, C. X. Yu, S. G. Li, G. Y. Zhou, and L. T. Hou, IEEE J. Quantum Electron. 46, 728 (2010).
[CrossRef]

Zipfel, W.

D. Ouzounov, D. Homoelle, W. Zipfel, W. W. Webb, A. L. Gaeta, J. A. West, J. C. Fajardo, and K. W. Koch, Opt. Commun. 192, 219 (2001).
[CrossRef]

Zou, L. S.

X. Z. Hu, L. S. Zou, and Y. X. Liu, Fiber Optic Cable and Engineering Application (Academic, 1998).

Appl. Phys. Lett. (2)

K. S. Abedin, J. T. Gopinath, E. P. Ippen, C. E. Kerbage, R. S. Windeler, and B. J. Eggleton, Appl. Phys. Lett. 81, 1384 (2002).
[CrossRef]

A. V. Husakou and J. Herrmann, Appl. Phys. Lett. 83, 3867 (2003).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (1)

J. H. Yuan, X. Z. Sang, C. X. Yu, S. G. Li, G. Y. Zhou, and L. T. Hou, IEEE J. Quantum Electron. 46, 728 (2010).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol. (1)

Laser Phys. Lett. (1)

S. O. Konorov, D. A. Akimov, A. A. Ivanov, M. V. Alfimov, A. B. Fedotov, D. A. Sidorov-Biryukov, L. A. Mel’nikov, A. V. Shcherbakov, I. Bugar, D. Chorvat, F. Uherek, D. Chorvat, and A. M. Zheltikov, Laser Phys. Lett. 1, 402 (2004).
[CrossRef]

Nat. Photonics (1)

J. M. Dudley and J. R. Taylor, Nat. Photonics 3, 85 (2009).
[CrossRef]

Nature (1)

J. C. Knight, Nature 424, 847 (2003).
[CrossRef]

Opt. Commun. (1)

D. Ouzounov, D. Homoelle, W. Zipfel, W. W. Webb, A. L. Gaeta, J. A. West, J. C. Fajardo, and K. W. Koch, Opt. Commun. 192, 219 (2001).
[CrossRef]

Opt. Express (3)

Opt. Lett. (3)

Rev. Mod. Phys. (1)

J. M. Dudley, G. Genty, and S. Coen, Rev. Mod. Phys. 78, 1135 (2006).
[CrossRef]

Science (1)

P. St. J. Russell, Science 299, 358 (2003).
[CrossRef]

Other (2)

G. P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics (Academic, 2001).

X. Z. Hu, L. S. Zou, and Y. X. Liu, Fiber Optic Cable and Engineering Application (Academic, 1998).

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 (4)

Fig. 1.
Fig. 1.

(a) Cross section of PCF used in the experiment and (b) group velocity dispersion calculated for the fundamental mode of PCF. Insets 1 and 2 show the two- and three-dimension coupling field distributions at the input end of the PCF, solid dots indicate the measured result by the pulse time-delay method, and the vertical dashed line corresponds to the zero dispersion wavelength of 823 nm.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) Phase-mismatched curve of the fundamental mode of PCF calculated as a function of the radiation wavelength with pump wavelength of 785 nm and average power of 300 mW (peak power of 36 kW) and (b) output spectrum for the same pump condition. Inset shows the observed output far field, the weak blue light.

Fig. 3.
Fig. 3.

(a) Phase-mismatched curves of the fundamental mode of PCF calculated for the Stokes waves as a function of the radiation wavelength with pump wavelength of 815 nm and Pav of 100–300 mW (peak powers of 12–36 kW) and (b) output spectra for the same pump condition.

Fig. 4.
Fig. 4.

(a) Phase-mismatched curves of the fundamental mode of PCF calculated for the Stokes waves as a function of the radiation wavelength with λp of 785–815 nm and Pav of 300 mW (peak power of 36 kW); (b) output spectra for the same pump condition; (c) relationships between λs, Ps/Pres, and λp; and (d) relationships between ηs, Bs, and λp.

Equations (2)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

k=β(ωs)+β(ωas)2β(ωp)+2n2ωpPp/(cAeff)=0,
ωs,as=ωpβ(2)(ωp)/[12β(4)(ωp)].

Metrics