Abstract

We demonstrate experimentally that the first- and second-order coherence properties of light emitted by a quantum dot superluminescent diode can be simultaneously tailored by well-controlled optical feedback. Depending on feedback intensity and feedback spectral range we achieve a spectral width Δλ between 120 and 0.26 nm, corresponding to a coherence length in first order in the range between 13 and 5820 μm, while the central second-order coherence degree g(2)(τ=0) is tuned gradually from a thermal value of g(2)(0)1.8 down to the coherent laser limit of g(2)(0)=1.0. These results are complemented by comprehensive investigations of relative intensity noise, which are in excellent agreement with the observed intensity correlation behavior.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. G. Fujimoto and C. R. Acad, Sci. Ser. IV 2, 1099 (2001).
    [CrossRef]
  2. K. Yi, M. Mujat, B. H. Park, W. Sun, J. W. Miller, J. M. Seddon, L. H. Young, J. F. de Boer, and T. C. Chen, Br. J. Ophtalmol. 93, 176 (2009).
    [CrossRef]
  3. M. Blazek and W. Elsäßer, IEEE J. Quantum Electron. 48, 1578 (2012).
    [CrossRef]
  4. Z. Y. Zhang, R. A. Hogg, X. Q. Lv, and Z. G. Wang, Adv. Opt. Photon. 2, 201 (2010).
  5. E. Wolf and L. Mandel, Optical Coherence and Quantum Optics (Cambridge Univ., 1995).
  6. R. Loudon, The Quantum Theory of Light (Oxford Univ., 1983).
  7. M. Blazek and W. Elsäßer, Phys. Rev A 84, 063840 (2011).
    [CrossRef]
  8. S. Shin, U. Sharma, H. Tu, W. Jung, and S. A. Boppart, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1057 (2010).
    [CrossRef]
  9. B. R. Mollow, Phys. Rev. 175, 1555 (1968).
    [CrossRef]
  10. F. Boitier, A. Godard, E. Rosencher, and C. Fabre, Nat. Phys. 5, 267 (2009).
    [CrossRef]
  11. K. Mogi, K. Naganuma, and H. Yamada, Jpn. J. Appl. Phys. 27, 2078 (1988).
  12. V. Torres-Company, J. P. Torres, and A. T. Friberg, Phys. Rev. Lett. 109, 243905 (2012).
    [CrossRef]
  13. H. Hodara, Proc. IEEE 53, 696 (1965).
    [CrossRef]
  14. P. D. L. Greenwood, D. T. D. Childs, K. Kennedy, K. M. Groom, M. Hugues, M. Hopkinson, R. A. Hogg, N. Kristajic, L. E. Smith, S. J. Matcher, M. Bonesi, S. MacNeil, and R. Smallwood, IEEE J. Quantum Electron. 4, 1015 (2010).
  15. M. Tur, E. Shafir, and K. Blotekjaer, J. Lightwave Technol. 8, 183 (1990).
    [CrossRef]
  16. M. Blazek, S. Breuer, T. Gensty, W. Elsäßer, M. Hopkinson, K. M. Groom, M. Calligaro, P. Resnau, and M. Krakowski, Proc. SPIE 6603, 66031Y (2007).
  17. H. Hofmann and O. Hess, Phys. Rev. A 62, 063807 (2000).
    [CrossRef]
  18. M. Ahmed, M. Yamada, and S. Abdulrhmann, Fluct. Noise Lett. 1, L163 (2001).
    [CrossRef]

2012

M. Blazek and W. Elsäßer, IEEE J. Quantum Electron. 48, 1578 (2012).
[CrossRef]

V. Torres-Company, J. P. Torres, and A. T. Friberg, Phys. Rev. Lett. 109, 243905 (2012).
[CrossRef]

2011

M. Blazek and W. Elsäßer, Phys. Rev A 84, 063840 (2011).
[CrossRef]

2010

S. Shin, U. Sharma, H. Tu, W. Jung, and S. A. Boppart, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1057 (2010).
[CrossRef]

Z. Y. Zhang, R. A. Hogg, X. Q. Lv, and Z. G. Wang, Adv. Opt. Photon. 2, 201 (2010).

P. D. L. Greenwood, D. T. D. Childs, K. Kennedy, K. M. Groom, M. Hugues, M. Hopkinson, R. A. Hogg, N. Kristajic, L. E. Smith, S. J. Matcher, M. Bonesi, S. MacNeil, and R. Smallwood, IEEE J. Quantum Electron. 4, 1015 (2010).

2009

K. Yi, M. Mujat, B. H. Park, W. Sun, J. W. Miller, J. M. Seddon, L. H. Young, J. F. de Boer, and T. C. Chen, Br. J. Ophtalmol. 93, 176 (2009).
[CrossRef]

F. Boitier, A. Godard, E. Rosencher, and C. Fabre, Nat. Phys. 5, 267 (2009).
[CrossRef]

2007

M. Blazek, S. Breuer, T. Gensty, W. Elsäßer, M. Hopkinson, K. M. Groom, M. Calligaro, P. Resnau, and M. Krakowski, Proc. SPIE 6603, 66031Y (2007).

2001

M. Ahmed, M. Yamada, and S. Abdulrhmann, Fluct. Noise Lett. 1, L163 (2001).
[CrossRef]

J. G. Fujimoto and C. R. Acad, Sci. Ser. IV 2, 1099 (2001).
[CrossRef]

2000

H. Hofmann and O. Hess, Phys. Rev. A 62, 063807 (2000).
[CrossRef]

1990

M. Tur, E. Shafir, and K. Blotekjaer, J. Lightwave Technol. 8, 183 (1990).
[CrossRef]

1988

K. Mogi, K. Naganuma, and H. Yamada, Jpn. J. Appl. Phys. 27, 2078 (1988).

1968

B. R. Mollow, Phys. Rev. 175, 1555 (1968).
[CrossRef]

1965

H. Hodara, Proc. IEEE 53, 696 (1965).
[CrossRef]

Abdulrhmann, S.

M. Ahmed, M. Yamada, and S. Abdulrhmann, Fluct. Noise Lett. 1, L163 (2001).
[CrossRef]

Acad, C. R.

J. G. Fujimoto and C. R. Acad, Sci. Ser. IV 2, 1099 (2001).
[CrossRef]

Ahmed, M.

M. Ahmed, M. Yamada, and S. Abdulrhmann, Fluct. Noise Lett. 1, L163 (2001).
[CrossRef]

Blazek, M.

M. Blazek and W. Elsäßer, IEEE J. Quantum Electron. 48, 1578 (2012).
[CrossRef]

M. Blazek and W. Elsäßer, Phys. Rev A 84, 063840 (2011).
[CrossRef]

M. Blazek, S. Breuer, T. Gensty, W. Elsäßer, M. Hopkinson, K. M. Groom, M. Calligaro, P. Resnau, and M. Krakowski, Proc. SPIE 6603, 66031Y (2007).

Blotekjaer, K.

M. Tur, E. Shafir, and K. Blotekjaer, J. Lightwave Technol. 8, 183 (1990).
[CrossRef]

Boitier, F.

F. Boitier, A. Godard, E. Rosencher, and C. Fabre, Nat. Phys. 5, 267 (2009).
[CrossRef]

Bonesi, M.

P. D. L. Greenwood, D. T. D. Childs, K. Kennedy, K. M. Groom, M. Hugues, M. Hopkinson, R. A. Hogg, N. Kristajic, L. E. Smith, S. J. Matcher, M. Bonesi, S. MacNeil, and R. Smallwood, IEEE J. Quantum Electron. 4, 1015 (2010).

Boppart, S. A.

S. Shin, U. Sharma, H. Tu, W. Jung, and S. A. Boppart, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1057 (2010).
[CrossRef]

Breuer, S.

M. Blazek, S. Breuer, T. Gensty, W. Elsäßer, M. Hopkinson, K. M. Groom, M. Calligaro, P. Resnau, and M. Krakowski, Proc. SPIE 6603, 66031Y (2007).

Calligaro, M.

M. Blazek, S. Breuer, T. Gensty, W. Elsäßer, M. Hopkinson, K. M. Groom, M. Calligaro, P. Resnau, and M. Krakowski, Proc. SPIE 6603, 66031Y (2007).

Chen, T. C.

K. Yi, M. Mujat, B. H. Park, W. Sun, J. W. Miller, J. M. Seddon, L. H. Young, J. F. de Boer, and T. C. Chen, Br. J. Ophtalmol. 93, 176 (2009).
[CrossRef]

Childs, D. T. D.

P. D. L. Greenwood, D. T. D. Childs, K. Kennedy, K. M. Groom, M. Hugues, M. Hopkinson, R. A. Hogg, N. Kristajic, L. E. Smith, S. J. Matcher, M. Bonesi, S. MacNeil, and R. Smallwood, IEEE J. Quantum Electron. 4, 1015 (2010).

de Boer, J. F.

K. Yi, M. Mujat, B. H. Park, W. Sun, J. W. Miller, J. M. Seddon, L. H. Young, J. F. de Boer, and T. C. Chen, Br. J. Ophtalmol. 93, 176 (2009).
[CrossRef]

Elsäßer, W.

M. Blazek and W. Elsäßer, IEEE J. Quantum Electron. 48, 1578 (2012).
[CrossRef]

M. Blazek and W. Elsäßer, Phys. Rev A 84, 063840 (2011).
[CrossRef]

M. Blazek, S. Breuer, T. Gensty, W. Elsäßer, M. Hopkinson, K. M. Groom, M. Calligaro, P. Resnau, and M. Krakowski, Proc. SPIE 6603, 66031Y (2007).

Fabre, C.

F. Boitier, A. Godard, E. Rosencher, and C. Fabre, Nat. Phys. 5, 267 (2009).
[CrossRef]

Friberg, A. T.

V. Torres-Company, J. P. Torres, and A. T. Friberg, Phys. Rev. Lett. 109, 243905 (2012).
[CrossRef]

Fujimoto, J. G.

J. G. Fujimoto and C. R. Acad, Sci. Ser. IV 2, 1099 (2001).
[CrossRef]

Gensty, T.

M. Blazek, S. Breuer, T. Gensty, W. Elsäßer, M. Hopkinson, K. M. Groom, M. Calligaro, P. Resnau, and M. Krakowski, Proc. SPIE 6603, 66031Y (2007).

Godard, A.

F. Boitier, A. Godard, E. Rosencher, and C. Fabre, Nat. Phys. 5, 267 (2009).
[CrossRef]

Greenwood, P. D. L.

P. D. L. Greenwood, D. T. D. Childs, K. Kennedy, K. M. Groom, M. Hugues, M. Hopkinson, R. A. Hogg, N. Kristajic, L. E. Smith, S. J. Matcher, M. Bonesi, S. MacNeil, and R. Smallwood, IEEE J. Quantum Electron. 4, 1015 (2010).

Groom, K. M.

P. D. L. Greenwood, D. T. D. Childs, K. Kennedy, K. M. Groom, M. Hugues, M. Hopkinson, R. A. Hogg, N. Kristajic, L. E. Smith, S. J. Matcher, M. Bonesi, S. MacNeil, and R. Smallwood, IEEE J. Quantum Electron. 4, 1015 (2010).

M. Blazek, S. Breuer, T. Gensty, W. Elsäßer, M. Hopkinson, K. M. Groom, M. Calligaro, P. Resnau, and M. Krakowski, Proc. SPIE 6603, 66031Y (2007).

Hess, O.

H. Hofmann and O. Hess, Phys. Rev. A 62, 063807 (2000).
[CrossRef]

Hodara, H.

H. Hodara, Proc. IEEE 53, 696 (1965).
[CrossRef]

Hofmann, H.

H. Hofmann and O. Hess, Phys. Rev. A 62, 063807 (2000).
[CrossRef]

Hogg, R. A.

P. D. L. Greenwood, D. T. D. Childs, K. Kennedy, K. M. Groom, M. Hugues, M. Hopkinson, R. A. Hogg, N. Kristajic, L. E. Smith, S. J. Matcher, M. Bonesi, S. MacNeil, and R. Smallwood, IEEE J. Quantum Electron. 4, 1015 (2010).

Z. Y. Zhang, R. A. Hogg, X. Q. Lv, and Z. G. Wang, Adv. Opt. Photon. 2, 201 (2010).

Hopkinson, M.

P. D. L. Greenwood, D. T. D. Childs, K. Kennedy, K. M. Groom, M. Hugues, M. Hopkinson, R. A. Hogg, N. Kristajic, L. E. Smith, S. J. Matcher, M. Bonesi, S. MacNeil, and R. Smallwood, IEEE J. Quantum Electron. 4, 1015 (2010).

M. Blazek, S. Breuer, T. Gensty, W. Elsäßer, M. Hopkinson, K. M. Groom, M. Calligaro, P. Resnau, and M. Krakowski, Proc. SPIE 6603, 66031Y (2007).

Hugues, M.

P. D. L. Greenwood, D. T. D. Childs, K. Kennedy, K. M. Groom, M. Hugues, M. Hopkinson, R. A. Hogg, N. Kristajic, L. E. Smith, S. J. Matcher, M. Bonesi, S. MacNeil, and R. Smallwood, IEEE J. Quantum Electron. 4, 1015 (2010).

Jung, W.

S. Shin, U. Sharma, H. Tu, W. Jung, and S. A. Boppart, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1057 (2010).
[CrossRef]

Kennedy, K.

P. D. L. Greenwood, D. T. D. Childs, K. Kennedy, K. M. Groom, M. Hugues, M. Hopkinson, R. A. Hogg, N. Kristajic, L. E. Smith, S. J. Matcher, M. Bonesi, S. MacNeil, and R. Smallwood, IEEE J. Quantum Electron. 4, 1015 (2010).

Krakowski, M.

M. Blazek, S. Breuer, T. Gensty, W. Elsäßer, M. Hopkinson, K. M. Groom, M. Calligaro, P. Resnau, and M. Krakowski, Proc. SPIE 6603, 66031Y (2007).

Kristajic, N.

P. D. L. Greenwood, D. T. D. Childs, K. Kennedy, K. M. Groom, M. Hugues, M. Hopkinson, R. A. Hogg, N. Kristajic, L. E. Smith, S. J. Matcher, M. Bonesi, S. MacNeil, and R. Smallwood, IEEE J. Quantum Electron. 4, 1015 (2010).

Loudon, R.

R. Loudon, The Quantum Theory of Light (Oxford Univ., 1983).

Lv, X. Q.

MacNeil, S.

P. D. L. Greenwood, D. T. D. Childs, K. Kennedy, K. M. Groom, M. Hugues, M. Hopkinson, R. A. Hogg, N. Kristajic, L. E. Smith, S. J. Matcher, M. Bonesi, S. MacNeil, and R. Smallwood, IEEE J. Quantum Electron. 4, 1015 (2010).

Mandel, L.

E. Wolf and L. Mandel, Optical Coherence and Quantum Optics (Cambridge Univ., 1995).

Matcher, S. J.

P. D. L. Greenwood, D. T. D. Childs, K. Kennedy, K. M. Groom, M. Hugues, M. Hopkinson, R. A. Hogg, N. Kristajic, L. E. Smith, S. J. Matcher, M. Bonesi, S. MacNeil, and R. Smallwood, IEEE J. Quantum Electron. 4, 1015 (2010).

Miller, J. W.

K. Yi, M. Mujat, B. H. Park, W. Sun, J. W. Miller, J. M. Seddon, L. H. Young, J. F. de Boer, and T. C. Chen, Br. J. Ophtalmol. 93, 176 (2009).
[CrossRef]

Mogi, K.

K. Mogi, K. Naganuma, and H. Yamada, Jpn. J. Appl. Phys. 27, 2078 (1988).

Mollow, B. R.

B. R. Mollow, Phys. Rev. 175, 1555 (1968).
[CrossRef]

Mujat, M.

K. Yi, M. Mujat, B. H. Park, W. Sun, J. W. Miller, J. M. Seddon, L. H. Young, J. F. de Boer, and T. C. Chen, Br. J. Ophtalmol. 93, 176 (2009).
[CrossRef]

Naganuma, K.

K. Mogi, K. Naganuma, and H. Yamada, Jpn. J. Appl. Phys. 27, 2078 (1988).

Park, B. H.

K. Yi, M. Mujat, B. H. Park, W. Sun, J. W. Miller, J. M. Seddon, L. H. Young, J. F. de Boer, and T. C. Chen, Br. J. Ophtalmol. 93, 176 (2009).
[CrossRef]

Resnau, P.

M. Blazek, S. Breuer, T. Gensty, W. Elsäßer, M. Hopkinson, K. M. Groom, M. Calligaro, P. Resnau, and M. Krakowski, Proc. SPIE 6603, 66031Y (2007).

Rosencher, E.

F. Boitier, A. Godard, E. Rosencher, and C. Fabre, Nat. Phys. 5, 267 (2009).
[CrossRef]

Seddon, J. M.

K. Yi, M. Mujat, B. H. Park, W. Sun, J. W. Miller, J. M. Seddon, L. H. Young, J. F. de Boer, and T. C. Chen, Br. J. Ophtalmol. 93, 176 (2009).
[CrossRef]

Shafir, E.

M. Tur, E. Shafir, and K. Blotekjaer, J. Lightwave Technol. 8, 183 (1990).
[CrossRef]

Sharma, U.

S. Shin, U. Sharma, H. Tu, W. Jung, and S. A. Boppart, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1057 (2010).
[CrossRef]

Shin, S.

S. Shin, U. Sharma, H. Tu, W. Jung, and S. A. Boppart, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1057 (2010).
[CrossRef]

Smallwood, R.

P. D. L. Greenwood, D. T. D. Childs, K. Kennedy, K. M. Groom, M. Hugues, M. Hopkinson, R. A. Hogg, N. Kristajic, L. E. Smith, S. J. Matcher, M. Bonesi, S. MacNeil, and R. Smallwood, IEEE J. Quantum Electron. 4, 1015 (2010).

Smith, L. E.

P. D. L. Greenwood, D. T. D. Childs, K. Kennedy, K. M. Groom, M. Hugues, M. Hopkinson, R. A. Hogg, N. Kristajic, L. E. Smith, S. J. Matcher, M. Bonesi, S. MacNeil, and R. Smallwood, IEEE J. Quantum Electron. 4, 1015 (2010).

Sun, W.

K. Yi, M. Mujat, B. H. Park, W. Sun, J. W. Miller, J. M. Seddon, L. H. Young, J. F. de Boer, and T. C. Chen, Br. J. Ophtalmol. 93, 176 (2009).
[CrossRef]

Torres, J. P.

V. Torres-Company, J. P. Torres, and A. T. Friberg, Phys. Rev. Lett. 109, 243905 (2012).
[CrossRef]

Torres-Company, V.

V. Torres-Company, J. P. Torres, and A. T. Friberg, Phys. Rev. Lett. 109, 243905 (2012).
[CrossRef]

Tu, H.

S. Shin, U. Sharma, H. Tu, W. Jung, and S. A. Boppart, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1057 (2010).
[CrossRef]

Tur, M.

M. Tur, E. Shafir, and K. Blotekjaer, J. Lightwave Technol. 8, 183 (1990).
[CrossRef]

Wang, Z. G.

Wolf, E.

E. Wolf and L. Mandel, Optical Coherence and Quantum Optics (Cambridge Univ., 1995).

Yamada, H.

K. Mogi, K. Naganuma, and H. Yamada, Jpn. J. Appl. Phys. 27, 2078 (1988).

Yamada, M.

M. Ahmed, M. Yamada, and S. Abdulrhmann, Fluct. Noise Lett. 1, L163 (2001).
[CrossRef]

Yi, K.

K. Yi, M. Mujat, B. H. Park, W. Sun, J. W. Miller, J. M. Seddon, L. H. Young, J. F. de Boer, and T. C. Chen, Br. J. Ophtalmol. 93, 176 (2009).
[CrossRef]

Young, L. H.

K. Yi, M. Mujat, B. H. Park, W. Sun, J. W. Miller, J. M. Seddon, L. H. Young, J. F. de Boer, and T. C. Chen, Br. J. Ophtalmol. 93, 176 (2009).
[CrossRef]

Zhang, Z. Y.

Adv. Opt. Photon.

Br. J. Ophtalmol.

K. Yi, M. Mujat, B. H. Park, W. Sun, J. W. Miller, J. M. Seddon, L. H. Young, J. F. de Boer, and T. C. Chen, Br. J. Ophtalmol. 93, 176 (2009).
[CrossRef]

Fluct. Noise Lett.

M. Ahmed, M. Yamada, and S. Abdulrhmann, Fluct. Noise Lett. 1, L163 (2001).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron.

P. D. L. Greenwood, D. T. D. Childs, K. Kennedy, K. M. Groom, M. Hugues, M. Hopkinson, R. A. Hogg, N. Kristajic, L. E. Smith, S. J. Matcher, M. Bonesi, S. MacNeil, and R. Smallwood, IEEE J. Quantum Electron. 4, 1015 (2010).

M. Blazek and W. Elsäßer, IEEE J. Quantum Electron. 48, 1578 (2012).
[CrossRef]

IEEE Photon. Technol. Lett.

S. Shin, U. Sharma, H. Tu, W. Jung, and S. A. Boppart, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 1057 (2010).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol.

M. Tur, E. Shafir, and K. Blotekjaer, J. Lightwave Technol. 8, 183 (1990).
[CrossRef]

Jpn. J. Appl. Phys.

K. Mogi, K. Naganuma, and H. Yamada, Jpn. J. Appl. Phys. 27, 2078 (1988).

Nat. Phys.

F. Boitier, A. Godard, E. Rosencher, and C. Fabre, Nat. Phys. 5, 267 (2009).
[CrossRef]

Phys. Rev A

M. Blazek and W. Elsäßer, Phys. Rev A 84, 063840 (2011).
[CrossRef]

Phys. Rev.

B. R. Mollow, Phys. Rev. 175, 1555 (1968).
[CrossRef]

Phys. Rev. A

H. Hofmann and O. Hess, Phys. Rev. A 62, 063807 (2000).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett.

V. Torres-Company, J. P. Torres, and A. T. Friberg, Phys. Rev. Lett. 109, 243905 (2012).
[CrossRef]

Proc. IEEE

H. Hodara, Proc. IEEE 53, 696 (1965).
[CrossRef]

Proc. SPIE

M. Blazek, S. Breuer, T. Gensty, W. Elsäßer, M. Hopkinson, K. M. Groom, M. Calligaro, P. Resnau, and M. Krakowski, Proc. SPIE 6603, 66031Y (2007).

Sci. Ser. IV

J. G. Fujimoto and C. R. Acad, Sci. Ser. IV 2, 1099 (2001).
[CrossRef]

Other

E. Wolf and L. Mandel, Optical Coherence and Quantum Optics (Cambridge Univ., 1995).

R. Loudon, The Quantum Theory of Light (Oxford Univ., 1983).

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.

Experimental setup. The collimated light beam of the QD-SLD is split at a 5050 beam splitter. The reflected light beam is directed onto a gold mirror, which enables optical feedback back into the SLD waveguide, while a variable attenuator controls the feedback power up to 25% with respect to the total output power and an interference filter selects optionally a spectral window of 10 nm (FWHM) centered at 1235nm.

Fig. 2.
Fig. 2.

Left: central second-order coherence degree as a function of the spectral bandwidth. Right: three spectra under various optical feedback conditions realizing spectral bandwidths of (a) 82, (b) 5.7, and (c) 0.26 nm.

Fig. 3.
Fig. 3.

g(2)(0) (black squares, left scale) and RIN (blue triangles, right scale) values as a function of the spectral bandwidth in comparison with theoretical RIN models for excess noise (solid red line) and shot noise corresponding to iPhoto=7.5mA (dashed blue line).

Fig. 4.
Fig. 4.

g(2)(0) (black squares, left scale) and RIN (blue triangles, right scale) values as a function of the broadband ASE factor. The dashed vertical line denotes the threshold for thermal photon statistics.

Metrics