Abstract

A tunable random feedback fiber laser with low intensity noise is proposed and experimentally demonstrated. The random feedback is effectively achieved by multiple reflections from 100 randomly spaced refractive index modulation regions over 10 cm SMF in both longitudinal and transverse directions. A tunable erbium-doped fiber ring laser with narrow linewidth of 2.4 kHz and a high side-mode suppression ratio of 59 dB is achieved over a 0.5 nm tuning range. The proposed fiber laser exhibits low relative intensity noise (<120dB/Hz) and low frequency fluctuation of 3.41×1011 over 5 s.

© 2014 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. N. M. Lawandy, R. M. Balachandran, A. S. L. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).
    [Crossref]
  2. G. R. Williams, S. B. Bayram, S. C. Rand, T. Hinklin, and R. M. Laine, Phys. Rev. A 65, 013807 (2001).
    [Crossref]
  3. H. Cao, Waves Random Media 13, R1 (2003).
    [Crossref]
  4. R. C. Polson and Z. V. Vardeny, Appl. Phys. Lett. 85, 1289 (2004).
    [Crossref]
  5. S. Gottardo, S. Cavalieri, O. Yaroshchuk, and D. S. Wiersma, Phys. Rev. Lett. 93, 263901 (2004).
    [Crossref]
  6. S. K. Turitsyn, S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, D. V. Churkin, S. I. Kablukov, J. D. Ania-Castanon, V. Karalekas, and E. V. Podivilov, Nat. Photonics 4, 231 (2010).
    [Crossref]
  7. A. A. Fotiadi, Nat. Photonics 4, 204 (2010).
    [Crossref]
  8. I. D. Vatnik, D. V. Churkin, and S. A. Babin, Opt. Express 20, 28033 (2012).
    [Crossref]
  9. S. A. Babin and I. D. Vatnik, Optoelectron. Instrum. Data Process. 49, 323 (2013).
    [Crossref]
  10. C. J. S. de Matos, L. de S. Menezes, A. M. Brito-Silva, M. A. Martinez Gámez, A. S. L. Gomes, and C. B. de Araújo, Phys. Rev. Lett. 99, 153903 (2007).
    [Crossref]
  11. M. Gagné and R. Kashyap, Opt. Express 17, 19067 (2009).
    [Crossref]
  12. N. Lizárraga, N. P. Puente, E. I. Chaikina, T. A. Leskova, and E. R. Méndez, Opt. Express 17, 395 (2009).
    [Crossref]
  13. Z. Hu, B. Miao, T. Wang, Q. Fu, D. Zhang, H. Ming, and Q. Zhang, Opt. Lett. 38, 4644 (2013).
    [Crossref]
  14. T. Zhu, X. Bao, and L. Chen, J. Lightwave Technol. 29, 1802 (2011).
    [Crossref]
  15. G. Yin, B. Saxena, and X. Bao, Opt. Express 19, 25981 (2011).
    [Crossref]
  16. M. Pang, S. Xie, X. Bao, D. Zhou, Y. Lu, and L. Chen, Opt. Lett. 37, 3129 (2012).
    [Crossref]
  17. M. Pang, X. Bao, L. Chen, Z. Qin, Y. Lu, and P. Lu, Opt. Express 21, 27155 (2013).
    [Crossref]
  18. B. Saxena, X. Bao, and L. Chen, Opt. Lett. 39, 1038 (2014).
    [Crossref]
  19. Y. J. Rao, Y. P. Wang, Z. L. Ran, and T. Zhu, J. Lightwave Technol. 21, 1320 (2003).
    [Crossref]
  20. D. Derickson, Fiber Optic Test and Measurement (Prentice Hall PTR, 1998).
  21. S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, E. V. Podivilov, and S. K. Turitsyn, Phys. Rev. A 84, 021805 (2011).
    [Crossref]
  22. C. Spiegelberg, J. Geng, Y. Hu, Y. Kaneda, S. Jiang, and N. Peyghambarian, J. Lightwave Technol. 22, 57 (2004).
    [Crossref]
  23. C. B. Su, J. Schlafer, and R. B. Lauer, Appl. Phys. Lett. 57, 849 (1990).
    [Crossref]
  24. D. W. Allan, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 34, 647 (1987).
    [Crossref]

2014 (1)

2013 (3)

2012 (2)

2011 (3)

T. Zhu, X. Bao, and L. Chen, J. Lightwave Technol. 29, 1802 (2011).
[Crossref]

G. Yin, B. Saxena, and X. Bao, Opt. Express 19, 25981 (2011).
[Crossref]

S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, E. V. Podivilov, and S. K. Turitsyn, Phys. Rev. A 84, 021805 (2011).
[Crossref]

2010 (2)

S. K. Turitsyn, S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, D. V. Churkin, S. I. Kablukov, J. D. Ania-Castanon, V. Karalekas, and E. V. Podivilov, Nat. Photonics 4, 231 (2010).
[Crossref]

A. A. Fotiadi, Nat. Photonics 4, 204 (2010).
[Crossref]

2009 (2)

2007 (1)

C. J. S. de Matos, L. de S. Menezes, A. M. Brito-Silva, M. A. Martinez Gámez, A. S. L. Gomes, and C. B. de Araújo, Phys. Rev. Lett. 99, 153903 (2007).
[Crossref]

2004 (3)

R. C. Polson and Z. V. Vardeny, Appl. Phys. Lett. 85, 1289 (2004).
[Crossref]

S. Gottardo, S. Cavalieri, O. Yaroshchuk, and D. S. Wiersma, Phys. Rev. Lett. 93, 263901 (2004).
[Crossref]

C. Spiegelberg, J. Geng, Y. Hu, Y. Kaneda, S. Jiang, and N. Peyghambarian, J. Lightwave Technol. 22, 57 (2004).
[Crossref]

2003 (2)

2001 (1)

G. R. Williams, S. B. Bayram, S. C. Rand, T. Hinklin, and R. M. Laine, Phys. Rev. A 65, 013807 (2001).
[Crossref]

1994 (1)

N. M. Lawandy, R. M. Balachandran, A. S. L. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).
[Crossref]

1990 (1)

C. B. Su, J. Schlafer, and R. B. Lauer, Appl. Phys. Lett. 57, 849 (1990).
[Crossref]

1987 (1)

D. W. Allan, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 34, 647 (1987).
[Crossref]

Allan, D. W.

D. W. Allan, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 34, 647 (1987).
[Crossref]

Ania-Castanon, J. D.

S. K. Turitsyn, S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, D. V. Churkin, S. I. Kablukov, J. D. Ania-Castanon, V. Karalekas, and E. V. Podivilov, Nat. Photonics 4, 231 (2010).
[Crossref]

Babin, S. A.

S. A. Babin and I. D. Vatnik, Optoelectron. Instrum. Data Process. 49, 323 (2013).
[Crossref]

I. D. Vatnik, D. V. Churkin, and S. A. Babin, Opt. Express 20, 28033 (2012).
[Crossref]

S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, E. V. Podivilov, and S. K. Turitsyn, Phys. Rev. A 84, 021805 (2011).
[Crossref]

S. K. Turitsyn, S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, D. V. Churkin, S. I. Kablukov, J. D. Ania-Castanon, V. Karalekas, and E. V. Podivilov, Nat. Photonics 4, 231 (2010).
[Crossref]

Balachandran, R. M.

N. M. Lawandy, R. M. Balachandran, A. S. L. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).
[Crossref]

Bao, X.

Bayram, S. B.

G. R. Williams, S. B. Bayram, S. C. Rand, T. Hinklin, and R. M. Laine, Phys. Rev. A 65, 013807 (2001).
[Crossref]

Brito-Silva, A. M.

C. J. S. de Matos, L. de S. Menezes, A. M. Brito-Silva, M. A. Martinez Gámez, A. S. L. Gomes, and C. B. de Araújo, Phys. Rev. Lett. 99, 153903 (2007).
[Crossref]

Cao, H.

H. Cao, Waves Random Media 13, R1 (2003).
[Crossref]

Cavalieri, S.

S. Gottardo, S. Cavalieri, O. Yaroshchuk, and D. S. Wiersma, Phys. Rev. Lett. 93, 263901 (2004).
[Crossref]

Chaikina, E. I.

Chen, L.

Churkin, D. V.

I. D. Vatnik, D. V. Churkin, and S. A. Babin, Opt. Express 20, 28033 (2012).
[Crossref]

S. K. Turitsyn, S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, D. V. Churkin, S. I. Kablukov, J. D. Ania-Castanon, V. Karalekas, and E. V. Podivilov, Nat. Photonics 4, 231 (2010).
[Crossref]

de Araújo, C. B.

C. J. S. de Matos, L. de S. Menezes, A. M. Brito-Silva, M. A. Martinez Gámez, A. S. L. Gomes, and C. B. de Araújo, Phys. Rev. Lett. 99, 153903 (2007).
[Crossref]

de Matos, C. J. S.

C. J. S. de Matos, L. de S. Menezes, A. M. Brito-Silva, M. A. Martinez Gámez, A. S. L. Gomes, and C. B. de Araújo, Phys. Rev. Lett. 99, 153903 (2007).
[Crossref]

de S. Menezes, L.

C. J. S. de Matos, L. de S. Menezes, A. M. Brito-Silva, M. A. Martinez Gámez, A. S. L. Gomes, and C. B. de Araújo, Phys. Rev. Lett. 99, 153903 (2007).
[Crossref]

Derickson, D.

D. Derickson, Fiber Optic Test and Measurement (Prentice Hall PTR, 1998).

El-Taher, A. E.

S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, E. V. Podivilov, and S. K. Turitsyn, Phys. Rev. A 84, 021805 (2011).
[Crossref]

S. K. Turitsyn, S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, D. V. Churkin, S. I. Kablukov, J. D. Ania-Castanon, V. Karalekas, and E. V. Podivilov, Nat. Photonics 4, 231 (2010).
[Crossref]

Fotiadi, A. A.

A. A. Fotiadi, Nat. Photonics 4, 204 (2010).
[Crossref]

Fu, Q.

Gagné, M.

Geng, J.

Gomes, A. S. L.

C. J. S. de Matos, L. de S. Menezes, A. M. Brito-Silva, M. A. Martinez Gámez, A. S. L. Gomes, and C. B. de Araújo, Phys. Rev. Lett. 99, 153903 (2007).
[Crossref]

N. M. Lawandy, R. M. Balachandran, A. S. L. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).
[Crossref]

Gottardo, S.

S. Gottardo, S. Cavalieri, O. Yaroshchuk, and D. S. Wiersma, Phys. Rev. Lett. 93, 263901 (2004).
[Crossref]

Harper, P.

S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, E. V. Podivilov, and S. K. Turitsyn, Phys. Rev. A 84, 021805 (2011).
[Crossref]

S. K. Turitsyn, S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, D. V. Churkin, S. I. Kablukov, J. D. Ania-Castanon, V. Karalekas, and E. V. Podivilov, Nat. Photonics 4, 231 (2010).
[Crossref]

Hinklin, T.

G. R. Williams, S. B. Bayram, S. C. Rand, T. Hinklin, and R. M. Laine, Phys. Rev. A 65, 013807 (2001).
[Crossref]

Hu, Y.

Hu, Z.

Jiang, S.

Kablukov, S. I.

S. K. Turitsyn, S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, D. V. Churkin, S. I. Kablukov, J. D. Ania-Castanon, V. Karalekas, and E. V. Podivilov, Nat. Photonics 4, 231 (2010).
[Crossref]

Kaneda, Y.

Karalekas, V.

S. K. Turitsyn, S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, D. V. Churkin, S. I. Kablukov, J. D. Ania-Castanon, V. Karalekas, and E. V. Podivilov, Nat. Photonics 4, 231 (2010).
[Crossref]

Kashyap, R.

Laine, R. M.

G. R. Williams, S. B. Bayram, S. C. Rand, T. Hinklin, and R. M. Laine, Phys. Rev. A 65, 013807 (2001).
[Crossref]

Lauer, R. B.

C. B. Su, J. Schlafer, and R. B. Lauer, Appl. Phys. Lett. 57, 849 (1990).
[Crossref]

Lawandy, N. M.

N. M. Lawandy, R. M. Balachandran, A. S. L. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).
[Crossref]

Leskova, T. A.

Lizárraga, N.

Lu, P.

Lu, Y.

Martinez Gámez, M. A.

C. J. S. de Matos, L. de S. Menezes, A. M. Brito-Silva, M. A. Martinez Gámez, A. S. L. Gomes, and C. B. de Araújo, Phys. Rev. Lett. 99, 153903 (2007).
[Crossref]

Méndez, E. R.

Miao, B.

Ming, H.

Pang, M.

Peyghambarian, N.

Podivilov, E. V.

S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, E. V. Podivilov, and S. K. Turitsyn, Phys. Rev. A 84, 021805 (2011).
[Crossref]

S. K. Turitsyn, S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, D. V. Churkin, S. I. Kablukov, J. D. Ania-Castanon, V. Karalekas, and E. V. Podivilov, Nat. Photonics 4, 231 (2010).
[Crossref]

Polson, R. C.

R. C. Polson and Z. V. Vardeny, Appl. Phys. Lett. 85, 1289 (2004).
[Crossref]

Puente, N. P.

Qin, Z.

Ran, Z. L.

Rand, S. C.

G. R. Williams, S. B. Bayram, S. C. Rand, T. Hinklin, and R. M. Laine, Phys. Rev. A 65, 013807 (2001).
[Crossref]

Rao, Y. J.

Sauvain, E.

N. M. Lawandy, R. M. Balachandran, A. S. L. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).
[Crossref]

Saxena, B.

Schlafer, J.

C. B. Su, J. Schlafer, and R. B. Lauer, Appl. Phys. Lett. 57, 849 (1990).
[Crossref]

Spiegelberg, C.

Su, C. B.

C. B. Su, J. Schlafer, and R. B. Lauer, Appl. Phys. Lett. 57, 849 (1990).
[Crossref]

Turitsyn, S. K.

S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, E. V. Podivilov, and S. K. Turitsyn, Phys. Rev. A 84, 021805 (2011).
[Crossref]

S. K. Turitsyn, S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, D. V. Churkin, S. I. Kablukov, J. D. Ania-Castanon, V. Karalekas, and E. V. Podivilov, Nat. Photonics 4, 231 (2010).
[Crossref]

Vardeny, Z. V.

R. C. Polson and Z. V. Vardeny, Appl. Phys. Lett. 85, 1289 (2004).
[Crossref]

Vatnik, I. D.

S. A. Babin and I. D. Vatnik, Optoelectron. Instrum. Data Process. 49, 323 (2013).
[Crossref]

I. D. Vatnik, D. V. Churkin, and S. A. Babin, Opt. Express 20, 28033 (2012).
[Crossref]

Wang, T.

Wang, Y. P.

Wiersma, D. S.

S. Gottardo, S. Cavalieri, O. Yaroshchuk, and D. S. Wiersma, Phys. Rev. Lett. 93, 263901 (2004).
[Crossref]

Williams, G. R.

G. R. Williams, S. B. Bayram, S. C. Rand, T. Hinklin, and R. M. Laine, Phys. Rev. A 65, 013807 (2001).
[Crossref]

Xie, S.

Yaroshchuk, O.

S. Gottardo, S. Cavalieri, O. Yaroshchuk, and D. S. Wiersma, Phys. Rev. Lett. 93, 263901 (2004).
[Crossref]

Yin, G.

Zhang, D.

Zhang, Q.

Zhou, D.

Zhu, T.

Appl. Phys. Lett. (2)

R. C. Polson and Z. V. Vardeny, Appl. Phys. Lett. 85, 1289 (2004).
[Crossref]

C. B. Su, J. Schlafer, and R. B. Lauer, Appl. Phys. Lett. 57, 849 (1990).
[Crossref]

IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control (1)

D. W. Allan, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 34, 647 (1987).
[Crossref]

J. Lightwave Technol. (3)

Nat. Photonics (2)

S. K. Turitsyn, S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, D. V. Churkin, S. I. Kablukov, J. D. Ania-Castanon, V. Karalekas, and E. V. Podivilov, Nat. Photonics 4, 231 (2010).
[Crossref]

A. A. Fotiadi, Nat. Photonics 4, 204 (2010).
[Crossref]

Nature (1)

N. M. Lawandy, R. M. Balachandran, A. S. L. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).
[Crossref]

Opt. Express (5)

Opt. Lett. (3)

Optoelectron. Instrum. Data Process. (1)

S. A. Babin and I. D. Vatnik, Optoelectron. Instrum. Data Process. 49, 323 (2013).
[Crossref]

Phys. Rev. A (2)

G. R. Williams, S. B. Bayram, S. C. Rand, T. Hinklin, and R. M. Laine, Phys. Rev. A 65, 013807 (2001).
[Crossref]

S. A. Babin, A. E. El-Taher, P. Harper, E. V. Podivilov, and S. K. Turitsyn, Phys. Rev. A 84, 021805 (2011).
[Crossref]

Phys. Rev. Lett. (2)

S. Gottardo, S. Cavalieri, O. Yaroshchuk, and D. S. Wiersma, Phys. Rev. Lett. 93, 263901 (2004).
[Crossref]

C. J. S. de Matos, L. de S. Menezes, A. M. Brito-Silva, M. A. Martinez Gámez, A. S. L. Gomes, and C. B. de Araújo, Phys. Rev. Lett. 99, 153903 (2007).
[Crossref]

Waves Random Media (1)

H. Cao, Waves Random Media 13, R1 (2003).
[Crossref]

Other (1)

D. Derickson, Fiber Optic Test and Measurement (Prentice Hall PTR, 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 (5)

Fig. 1.
Fig. 1.

(a) CO2 laser writing system. The insets are the microscope images of the irradiation region and a diagram of the CO2 beam path. (b) Transmission and reflection spectra of the written fiber.

Fig. 2.
Fig. 2.

Laser configuration and the schematic of the linewidth measurement setup.

Fig. 3.
Fig. 3.

(a) Multiple modes with FRM and single mode with only CO2-fiber. (b) The output characteristic of the Fig. 2(b) setup. (c) Multiple side modes result from random feedback. (d) Fixed cavity modes are suppressed as the attenuation increased. (e) Single mode with 200 kHz span, inset is single-mode with 20 MHz span. (f) Tunability of the proposed laser.

Fig. 4.
Fig. 4.

RIN comparison between different fiber lasers. The inset is the time-domain signal of the proposed laser output.

Fig. 5.
Fig. 5.

Measured frequency jitter of the beat signal.

Metrics