Passively Harmonic Mode-Locked Fiber Laser

Passively Harmonic Mode-Locked Fiber Laser

Seung Chul Yun · Hyun Woo Kim · Myung Whun Kim · Jin Seung Kim*

Department of Physics and Institute of Photonics and Information Technology, Chonbuk National University, Jeonju 561-756, Korea

(Received 4 October 2012 : revised 17 October 2012 : accepted 26 October 2012)

A passively harmonic mode-locked erbium-doped fiber ring laser was demonstrated by using single-walled carbon nanotubes as a saturable absorber. By adjusting the polarization controller inside the loop, we were able to increase the pulse repetition rate to 139.7 MHz, the fifth harmonic of the fundamental frequency of 27.9 MHz. The laser generated soliton pulses with a center wavelength of 1565 nm and a linewidth of 3.3 nm. The pulse width was estimated to be 760 fs because the time-bandwidth product was 0.315 for bandwidth-limited sech

²

pulses.

PACS numbers: 42.55.Wd, 42.65.Tg Keywords: Fiber lasers, Optical solitons

•

¤Ž Ò Þ] k ù  º× D { ¢© ŽX c p Œ £ ? U ê sÅ k Ä8 ý ° Ë ÑV Ȗ ¥ 7 _T $ [

*

×

<Š û BŒ ‰ x ·  ™ »g ` @­ £ ·  ™ »' å 0 å  ·  ™ » . > Š û B ^∗

„

 · ¡ ¤ @ /† < Ɠ § Ó ü t o † < Æõ  x 9  F  g„   & ñ ˜ Ðl Õ ü tƒ  ½ ¨™ è, „  Å Ò 561-756

(2012¸   10 Z 4 4{ 9  ~ à Î6 £ §, 2012¸   10 Z 4 17{ 9  à º& ñ ‘ : r ~ à Î6 £ §, 2012¸   10 Z 4 26{ 9  > F  S X ‰& ñ )



 © œ 980 nm“   ì ø ͕ ¸^ ‰ Y Us $ – Ð * 3 i ç “ ¦ é ß –{ 9 # 4  ò ø ͙ è
” ¸ È ÓÚ Ô Ÿ í o f  ¨ à º^ ‰\  ¦ + ‹" f à º1 l x+ þ A › ¸



o — ¸× ¼ Œ ™F K ~ ½ Ód ” _  “ ¦o + þ A F  g$ 3 Ä » Y Us $ \  ¦ ë ß –[ þ t% 3  . ô  ÇÅ Òl  î ß –\  5> h_  ` O Û ¼ Ò q tl • ¸2 Ÿ ¤ * 3 á Ô { 9  Ò 

¦`  ¦ ß ¼>  ô  Ç  © œI \ " f / B N”  l  î ß –_  ¼ # F  g  © œI \  ¦ › ¸] X  # Œ l ‘ : r ì ø Í4 Ÿ ¤Ò  ¦“   27.9 MHz_  5C “   139.7 MHz _  ` O Û ¼ ì ø Í4 Ÿ ¤Ò  ¦`  ¦ ° ú   H _ " t o — : r ` O Û ¼\ P `  ¦ % 3 % 3  . s M : ×  æd ”    © œ“ É r 1565 nm, ì ø Íu ‚  ; Ÿ ¤“ É r 3.3 nm,

` O

Û ¼; Ÿ ¤“ É r _ " t o — : r ` O Û ¼_    ¨ 8 Š ô  Ç> \  ¦ “ ¦ 9 €   760 fs– Ð Æ Ò& ñ  ) a  .

PACS numbers: 42.55.Wd, 42.65.Tg Keywords: F  g$ 3 Ä » Y Us $ , F  g _ " t o — : r

I. " e  ] Ø

œ

í“ ¦5 Å q „    ™ è 
 F  g ™ è \ " f_  „    1 l x% i † < Æ`  ¦ Ø  æ z 

´y  ì  r$ 3   9€   x  ïœ í s  _  r ç ß – ì  r K 0 p x s  € 9 כ ¹ 



. s  Qô  Ç r ç ß – ì  r K 0 p x`  ¦ 0 AK  & 7 ›ž М í Y Us $ \  ¦ æ ¼  H

*

3 á Ô-„ à Ðt (pump-probe) l Z O s  ´ ú §s  s 6   x ) a   [1,2]. * 3  á

Ô-„ à Ðt  l Z O “ É r Ó ü t$ í _  1 l x% i † < Æ`  ¦ · ú ˜“ ¦    H r « Ñ\  { 9 

∗

E-mail: [email protected]

Ò

 ¦ _  4 Ÿ x Ä ºo  ° ú כs  ß ¼“ ¦, t 5 Å q r ç ß –s   Å Ò Â ú ª“ É r F G œ íé ß –

` O

Û ¼\  ¦ q Æ Ò# Q Ó ü t$ í `  ¦ í  H ç ß –& h Ü ¼– Ð    or †   Ê ê, Ó ü t$ í s 



 ô  Ç r « Ñ\  r ç ß – \  ¦ ¿ º“ ¦   É r y n C` O Û ¼\  ¦ q Æ Ò# Q ì ø Í , È

Òõ , í ß –ê ø Í÷ &  H y n C` O Û ¼_  : £ ¤$ í s  r ç ß – \     # Qb  G> 

² ú

˜ t   H \  ¦ 8 £ ¤& ñ # Œ " é ¶   H Ó ü t$ í _  1 l x% i † < Æ`  ¦ · ú ˜ ? /



 H F  g † < Æ& h  z  ´+ « > ~ ½ ÓZ O s   [3].

*

3 á Ôü < „ à Ðt \  æ ¼  H y n C` O Û ¼  H ˜ Ð: Ÿ x ô  Ç@ /_  F G œ íé ß – ` O  Û

¼ Y Us $ \ " f
š ¸  H y n C` O Û ¼\  ¦ \  -t   H  כ õ   Œ •“ É r

 כ

Ü ¼– Ð ° ú ˜ , \  -t   H  כ “ É r * 3 á Ô ` O Û ¼– Ð,  Œ •“ É r  כ “ É r

1187

„ Ã

Ðt  ` O Û ¼– Ð   H  . ¿ º y n C — ¸¿ º ° ú  “ É r y n C\ " f ° ú ˜  · p  כ s  Ù

¼– Ð,   © œ ì  r Ÿ í > á ¤ ° ú    ì  rF  g ì  r$ 3 Z O Ü ¼– Ѝ  H „ à Ðt  ’    ñ

\

 [ O # Œ [ þ t # Qš ¸  H * 3 á Ô ` O Û ¼\  ¦  9è ­ q à º \ O  . s \  ¦ K 

 

   H ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð r « Ñ\  ˜ Ð? /  H * 3 á Ô ` O Û ¼ü < „ à Ðt  ` O Û ¼ _

 ~ ½ ӆ ¾ Ó`  ¦ " f– Ð ² ú ˜o    H  כ s  . Õ ª Q
 F  g † < Æ& h Ü ¼– Ð ¢ - a

#

4  >  B   H ô  Ç €  “ É r \ O “ ¦, r « Ñ  ^ ‰_  › ¸$ í õ  ½ ¨› ¸ " é ¶



 à ºï  r \ " f “ ¦Ø Ôt  · ú §    ² D G r « Ñ\ " f ì ø Í , È Òõ , í ß – ê

ø Í  ) a y n C 5 Å q \  * 3 á Ô ` O Û ¼_  y n Cs  { 9 Â Ò [ O # Œ [ þ t # Q`  ¦ à º• ¸ e ”

 .  8½ ¨
 * 3 á Ô ` O Û ¼  H E œ í\  { 9 Ò  ¦ _  4 Ÿ x Ä ºo  ° ú כs  „ à Рt

 ` O Û ¼˜ Ð   s `›   ß ¼l  M :ë  H \ ,  Å Ò €  •ç ß –ë ß – „ à Ðt  ` O Û ¼

\

 [ O # Œ [ þ t # Qü <• ¸ &  ê ø Í ¸ ú š6 £ § s  ÷ &# Q ‚ à Р ) a ’    ñ\  ¦ o 

>

  ) a  . ¢ ¸   É r ë  H ] j  H „ à Ðt  ` O Û ¼ r « Ñ\  ¸ ú ˜ f  ¨ à º÷ &



 H  כ s  . s  כ “ É r * 3 á Ô ` O Û ¼_  y n Cs  r « Ñ\ " f ¸ ú ˜ f  ¨ à º

÷

&# Q  q ‚  + þ A F  g † < Æ ´ òõ  ß ¼> 
 
“ ¦, „ à Ðt  ` O Û ¼  H

*

3 á Ô ` O Û ¼ü <   © œ $ í ì  r s  > á ¤ ° ú  l  M :ë  H \  x ½ + É Ã º \ O  .

*

3 á Ô-„ à Ðt  l Z O _  y Œ ™• ¸ü < & ñ S X ‰ • ¸\  ¦ Z  } s   H  © œ ½ + Ëo 

&

h “   ~ ½ ÓZ O “ É r * 3 á Ô\   H { 9 Ò  ¦ s  ß ¼“ ¦ r « Ñ\ " f f  ¨ à º ¸ ú ˜

÷

&  H F G œ íé ß – Y Us $  ` O Û ¼\  ¦ æ ¼“ ¦, „ à Ðt \   H * 3 á Ô ` O Û ¼ü <



 H   © œ $ í ì  r s  ß ¼>   Ø Ô“ ¦ r « Ñ\ " f  H  _  f  ¨ à º÷ &t 

· ú

§  H ` O Û ¼\  ¦ æ ¼  H  כ s  . * 3 á Ô ` O Û ¼ü < „ à Ðt  ` O Û ¼_  ”   '

Ÿ  ~ ½ ӆ ¾ Ó`  ¦ { 9 u r ~  ´ à º e ” # Q" f „ à Ðt  ` O Û ¼\   8 ´ ú §“ É r & ñ

˜

Ð\  ¦ z  ´`  ¦ à º e ” Ü ¼ 9, ° ú  “ É r  ⠖ Ж Ð { 9  ÷ &# Q „ à Ðt  ` O Û ¼

\

 [ O # Œ [ þ t # Qš ¸  H * 3 á Ô ` O Û ¼\  ¦ á Ôo 7 £ § s 
  r] X     \  ¦ s

6   x K  ~ 1 >  ] j ½ + É Ã º e ”  . t ë ß – s \  ¦ 0 AK " f  H D h

–

Ðî  r + þ AI _  „ à Ðt  F  g " é ¶ s  € 9 כ ¹  .

*

3 á Ô-„ à Ðt  l Z O _  * 3 á Ô ` O Û ¼ F  g " é ¶ Ü ¼– Ð ×  æd ”    © œs  800 nm s “ ¦, ` O Û ¼; Ÿ ¤ s  10 fs, ` O Û ¼ ì ø Í4 Ÿ ¤Ò  ¦ s  140 MHz“   Ti- Sapphire F G œ íé ß – Y Us $ \  ¦ j þ t \ V& ñ s  . „ à Ðt 6   x Y Us $  _

 µ 1 ϔ     © œ“ É r ì ø ͕ ¸^ ‰_  Å ÒF « ѓ   Siü < Ge\  ¸ ú ˜ f  ¨ à º÷ &

t

 · ú §  H y n CÜ ¼– Ð 1.5 µm s  © œs  ÷ &# Q  ô  Ç . s \  ¦ 0 AK 

×

 æd ”    © œs  1550 nm– Ð \ Ø Ô· ¢ §(erbium) ' ‘  F  g$ 3 Ä »\  ¦ s

1 p q B | 9 – Ð   H F  g$ 3 Ä » Y Us $ \  ¦ „ à Ðt  F  g " é ¶ Ü ¼– Ð   & ñ Ù þ

¡ . F  g$ 3 Ä » Y Us $ \ " f 140 MHz_  ` O Û ¼ ì ø Í4 Ÿ ¤Ò  ¦`  ¦ ½ ¨

‰

&

³ l  0 AK " f  H / B N”  l _  U  ´s  @ /| Ä Ì 1.5 m & ñ • ¸ € 9  כ

¹  9, ` O Û ¼ µ 1 ϔ  \  € 9 כ ¹ô  Ç Ÿ í o f  ¨ à º^ ‰ü < s 1 p q B | 9 ,

#

Œ Q F  g$ 3 Ä » ™ è [ þ t _  U  ´s \  ¦ “ ¦ 9Ù þ ¡`  ¦ M : ½ ¨‰ & ³ l 

#

Q§ >  . s \  ¦ K    l  0 AK " f  H [ jl    › ¸l 
 0 A © œ   

›

¸l \  ¦ æ ¼  H 0 p x1 l x+ þ A — ¸× ¼ Œ ™F K ~ ½ ÓZ O s  e ” t ë ß –, ‘ : r  7 Hë  H \ 

"

f  H à º1 l x+ þ A — ¸× ¼ Œ ™F K ) a Y Us $ _  ` O Û ¼ : £ ¤$ í `  ¦ Ä »t ô  Ç



© œI \ " f ` O Û ¼ ì ø Í4 Ÿ ¤Ò  ¦`  ¦ Z  }{ 9  à º e ”   H à º1 l x+ þ A › ¸ o — ¸× ¼



Œ

™F K(passive harmonic mode-locking) [4,5] ~ ½ Ód ” Ü ¼– Ð F  g

$

3 Ä » Y Us $ \  ¦ ] j Œ • “ ¦ Õ ª : £ ¤$ í `  ¦ 8 £ ¤& ñ % i  .

Fig. 1. (Color online) Experimental setup of a passively harmonic mode-locked fiber ring laser using carbon nan- otube as saturable absorber. (WDM: Wavelength di- vision multiplexer, EDF: Erbium-doped fiber, PC: Po- larization controller, SWCNT SA: Single-walled carbon nanotube saturable absorber).

II. ÷ m Ç] M ö õ m Í + s ÇÊ Ý

F 

g$ 3 Ä » Y Us $ _  \ O > h  H Õ ªa Ë > 1õ  ° ú   . / B N”  l  î ß –\  8

£ ¤€   ƒ     ) a F  g$ 3 Ä » 0 A\  é ß –{ 9 # 4  ò ø ͙ è
” ¸ È ÓÚ Ô(single- walled carbon nanotube)\  ¦  ïh AK  ë ß –Ž  H Ÿ í o f  ¨ à º^ ‰ [6]\  ¦ + ‹" f à º1 l x+ þ A — ¸× ¼ Œ ™F K ~ ½ Ód ” Ü ¼– Ð ` O Û ¼\  ¦ ë ß –[ þ t% 3 



. “ ¦o + þ A / B N”  l \ " f y n Cs  ô  ÇA á ¤ Ü ¼– Ðë ß – [  t • ¸2 Ÿ ¤ F  g “ ¦ w n

l (optical isolator)\  ¦ / B N”  l  î ß –\  V , % 3  . / B N”  l  ¼ #  F 

g › ¸| `  ¦ ´ ú Æ Òl  0 AK  ¼ # F  g › ¸] X l \  ¦ ¿ º# Q / B N”  l  î ß – _

 “ ¦Ä » ¼ # F  g  © œI \  ¦ › ¸] X  % i  .   © œs  980 nm“   ì ø Í

•

¸^ ‰ Y Us $ _  y n Cs  980/1550 nm_    © œ ì  r ½ + É  ×  æ  o l

(WDM: wavelength division multiplexer)\  ¦ : Ÿ x K  \ Ø Ô

·

¢

§ ' ‘  F  g$ 3 Ä »\  { 9    ) a  . s 1 p q B | 9 – Ð   H \ Ø Ô· ¢ § ' ‘ 

 F  g$ 3 Ä »  H U  ´s  1 m, f  ¨ à º > à º 1530 nm\ " f 110 dB/m, ì  r í ß –“ É r –10 ps/nm/km – Ð & ñ  © œ ì  r í ß – % ò % i \  5 Å q ô  Ç



.

_

"

t o — : r(soliton) ` O Û ¼\  ¦ % 3 l  0 AK  / B N”  l _  ì  r í ß –`  ¦ › ¸ ] X

 # Œ q & ñ  © œ ì  r í ß –(β

²

< 0) s  ÷ &>  % i  . Y Us $ _ 

¨ î

ç  H ì  r í ß –° ú כs  q & ñ  © œ ì  r í ß – % ò % i { 9  M : F  g$ 3 Ä »\  ¦ ”  ' Ÿ  



 H y n C_  ì  r í ß – : £ ¤$ í x 9  q ‚  + þ A : £ ¤$ í _  ç  H+ þ AÜ ¼– Ð “   # Œ

` O

Û ¼ — ¸€ ª œ_   =/ B G \ O s  F  g$ 3 Ä »\  ¦ ”  ' Ÿ † < ÊÜ ¼– Ð+ ‹ _ " t o — : r + þ

AI _  î ß –& ñ & h “   ` O Û ¼ µ 1 ϔ  s  s À Ò# Q”   . ì  r C  q Ö  ¦ s  90:10“   ~ ½ ӆ ¾ Ó$ í F  g$ 3 Ä »   ½ + Ël \  ¦ + ‹" f Y Us $  y n C`  ¦ i ( v   Í Ç

x . i ( v   · p y n C`  ¦ InGaAs-PIN y n C Ž t l \  ¦  • 2 ; Ê ê, š ¸ z 

´– ÐÛ ¼ ïá Ôü < RF Û ¼& 7 ˜à Ô! 3  ì  r$ 3 l – Ð ` O Û ¼ J ‡  `  ¦ ¶ ú ˜( R

˜

Ѐ Œ ¤ . ¢ ¸ô  Ç, F  g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3  ì  r$ 3 l \  ¦ s 6   x K  Y Us $  y n C _

 F  g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 `  ¦ › ¸  % i  .

Fig. 2. Fundamentally mode-locked laser output. (a) Oscilloscope trace. (b) RF spectrum.

F 

g$ 3 Ä » Y Us $  ƒ  5 Å q µ 1 ϔ     H  © œI \ " f ¼ # F  g › ¸] X  l

\  ¦ › ¸] X  €   î ß –& ñ & h Ü ¼– Ð — ¸× ¼ Œ ™F K ) a ` O Û ¼ Ø  ¦§ 4 `  ¦ % 3 

`

 ¦ à º e ”  . / B N”  l  5 Å q \    › ¸ ™ è \  ¦  – Ð V , t  · ú § • ¸

$

] X – Ð — ¸× ¼ Œ ™F K s  ÷ & 9, ¼ # F  g › ¸] X l ë ß –`  ¦ › ¸] X  # Œ   l

 r  Œ •(self-starting)s  0 p x  . / B N”  l  î ß –\  _ " t o — : r

` O

Û ¼ 
ë ß – ” > r F  • ¸2 Ÿ ¤ * 3 á Ô { 9 Ò  ¦`  ¦ & h ] X y  › ¸] X ô  Ç Ê

ê, ` O Û ¼\ P  Ø  ¦§ 4 `  ¦ š ¸z  ´– ÐÛ ¼ ïá Ôü < RF Û ¼& 7 ˜à Ô! 3  ì  r$ 3 l 

\

 ¦ : Ÿ x K  › ' a ¹ 1 Ïô  Ç   õ   H Õ ªa Ë > 2ü < ° ú   . s M : * 3 á Ô { 9 Ò  ¦

“

É r 58 mW% i  . Õ ªa Ë > 2(a)  H š ¸z  ´– ÐÛ ¼ ïá Ô  + þ AÜ ¼– Ð 36.0 ns _  Å Òl – Ð ì ø Í4 Ÿ ¤ ÷ &  H ` O Û ¼\ P  Ø  ¦§ 4 Ü ¼– Ð, / B N”  l _  „  ^ ‰ U

 ´s  €  • 7.2 ms Ù ¼– Ð s   H / B N”  l _  { 9 Å Ò r ç ß –õ  { 9 u  ô

 Ç . * 3 á Ô { 9 Ò  ¦`  ¦ 55 mW  t  ± ú Æ Ҁ   ` O Û ¼   t  9



8 s  © œ ` O Û ¼ µ 1 ϔ  s  ÷ &t  · ú §  H  . Õ ªa Ë > 2(a)\  @ /6 £ x ÷ &  H RF Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 “ É r Õ ªa Ë > 2(b)ü < ° ú   . ¢ , aA á ¤ _  ] j{ 9   H 4 Ÿ x Ä º o

  H DC $ í ì  r`  ¦
 ? / 9, 7 á x — ¸× ¼ ç ß –  “ É r 27.9 MHz s 



. y Œ •y Œ • — ¸× ¼_  ß ¼l   H C  â ¸ ú š6 £ § õ  q “ §Ù þ ¡`  ¦ M : 40 dB s

 © œÜ ¼– Ð î ß –& ñ & h Ü ¼– Ð Y Us $  µ 1 ϔ  s  s À Ò# Qf ” `  ¦ · ú ˜ à º

Fig. 3. 2

^nd

harmonics. (a) Oscilloscope trace. (b) RF spectrum.

e ”

 . # Œ Q 7 á x — ¸× ¼[ þ t s   _  { 9 & ñ ô  Ç [ jl \  ¦ t  9, s 



 H 7 á x — ¸× ¼[ þ t s  { 9 & ñ ô  Ç ”  ; Ÿ ¤ õ  0 A © œ › ' a > – Ð — ¸× ¼ Œ ™F K ÷ &

% 3

6 £ §`  ¦ ˜ Ð# Œï  r  .

*

3 á Ô { 9 Ò  ¦`  ¦ 7 £ x r &  ` O Û ¼ \  -t  7 £ x ½ + É  â Ä º “ ¦

 _ " t o — : r + þ AI – Ð ”   o   H @ /’    © œ î ß –& ñ & h “   l ‘ : r _ " t o

— : r \  -t  é ß –0 A– Ð s 1 p q Ÿ í o Ò q tl €  " f # Œ Q > h_  _ " t o

— : r ` O Û ¼ ë ß –[ þ t # Q”   . s M : / B N”  l    à º[ þ t`  ¦ › ¸] X  

#

Œ _ " t o — : r › ¸| , / B N”  l  ¼ # F  g › ¸|  1 p x`  ¦ ë ß –7 á ¤ r v €   > h> h _

 ` O Û ¼  H 1 p x ç ß –  Ü ¼– Ð & ñ § > =÷ &€  " f à º1 l x+ þ A › ¸ o — ¸× ¼ Œ ™ F

K s  s À Ò# Q”   . Õ ªa Ë > 3“ É r 2  › ¸ o – Ð Ã º1 l x+ þ A › ¸ o — ¸

×

¼ Œ ™F K ) a ` O Û ¼ Ø  ¦§ 4 `  ¦
  · p . * 3 á Ô { 9 Ò  ¦`  ¦ 58 mW \ 

"

f 64 mW– Ð 7 £ x r &  / B N”  l  î ß –\  _ " t o — : r ` O Û ¼ 2> h

 Ò q tl • ¸2 Ÿ ¤ ë ß –Ž  H Ê ê, ¼ # F  g  © œI \  ¦ ¸ ú ˜ › ¸] X  # Œ r ç ß – 1 p x ç

ß –  Ü ¼– Ð & ñ § > = ) a _ " t o — : r ` O Û ¼\ P `  ¦ % 3 % 3  . Õ ªa Ë > 3(a)  H

š

¸z  ´– ÐÛ ¼ ïá Ô  + þ A`  ¦
  · p  כ Ü ¼– Ð Õ ªa Ë > 2(a)ü < q “ §Ù þ ¡

`

 ¦ M : ` O Û ¼_  Z  } s   H  _  ° ú  t ë ß – Å Òl   H 18.0 ns – Ð ] X ì ø Í

Ü

¼– Ð ×  ¦% 3 6 £ §`  ¦ · ú ˜ à º e ”  . ô  ÇÅ Òl  î ß –\  _ " t o — : r ` O Û ¼\  ¦ 2 > h\  ¦ ë ß –[ þ t l  0 AK  @ /| Ä Ì 6 mW & ñ • ¸_  * 3 á Ô { 9 Ò  ¦ s   8

€ 9

כ ¹ % i  . Õ ªa Ë > 3(b)\ " f 2 – Ð Ã º1 l x+ þ A › ¸ o — ¸× ¼ Œ ™F K

 )

a RF Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 `  ¦ ¶ ú ˜( R˜ Ѐ   f . Ë Ã º _  7 á x — ¸× ¼  H   t 

“

¦, ‹ Œ •Ã º _  7 á x — ¸× ¼ë ß –s  ¶ ú ˜ z Œ ™  e ” 6 £ §`  ¦ ^  ¦ à º e ”  .

]

j Œ •  ) a F  g$ 3 Ä » Y Us $   H * 3 á Ô-„ à Ðt  l Z O \ " f „ à Ðt  F  g

"

é

¶ Ü ¼– Ð j þ t \ V& ñ s  . * 3 á Ô F  g " é ¶“ É r Ti-Sapphire F G œ íé ß – ` O  Û

¼ Y Us $ – Ð ` O Û ¼ ì ø Í4 Ÿ ¤Ò  ¦“ É r 140 MHz s  . F  g$ 3 Ä » Y Us 

$

_  l ‘ : r ì ø Í4 Ÿ ¤Ò  ¦“ É r 27.9 MHz s Ù ¼– Ð ` O Û ¼ ì ø Í4 Ÿ ¤Ò  ¦`  ¦ 140 MHz \  ´ ú Æ Ò 9€   F  g$ 3 Ä » Y Us $ _  ` O Û ¼ ì ø Í4 Ÿ ¤Ò  ¦`  ¦ Z  } # Œ



 ô  Ç . à º1 l x+ þ A › ¸ o — ¸× ¼ Œ ™F K ~ ½ Ód ” _   â Ä º 5  › ¸ o 

\

 ¦  6   x K   ô  Ç . ô  ÇÅ Òl  î ß –\  _ " t o — : r ` O Û ¼ 5> h € 9  כ

¹  9 Õ ªa Ë > 3_    õ \  ¦ + ‹" f € 9 כ ¹ô  Ç * 3 á Ô { 9 Ò  ¦`  ¦ Ä »Æ Ò K

 ˜ Ѐ   @ /| Ä Ì 88 mW  ) a  . s \  ¦ 0 AK  172 mA_  * 3  á

Ô „  À Ó € 9 כ ¹  9, s   © œI \ " f à º1 l x+ þ A › ¸ o — ¸× ¼ Œ ™F K

 )

a   õ \  ¦ Õ ªa Ë > 4\ 
 ? /% 3  . ` O Û ¼[ þ t s  " f– Ð ×  æ^ o ?÷ &

#

Q e ”   H  © œI \ " f ¼ # F  g  © œI \  ¦ › ¸] X  €   Õ ªa Ë > 4(a)ü < ° ú   s

 ° ú ˜ t l  r  Œ •ô  Ç . ô  ÇÅ Òl  î ß –\  5> h_  ` O Û ¼ ” > r F 

 9, { 9 & ñ r ç ß –s  â ìØ Ô€   Õ ªa Ë > 4(b)ü < ° ú  s  r ç ß – 1 p x ç ß –   Ü

¼– Ð & ñ § > = ) a _ " t o — : r ` O Û ¼\ P `  ¦ % 3 `  ¦ à º e ”  . ` O Û ¼_  Å Òl 



 H 7.2 ns s  9, ` O Û ¼ ì ø Í4 Ÿ ¤Ò  ¦“ É r 139.7 MHz s  . s M : Y Us 

$

 Ø  ¦§ 4  { 9 Ò  ¦“ É r 700 µW – Ð 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3  . Õ ªa Ë > 4(c)  H Õ ªa Ë >

4(b)  © œI \ " f_  RF Û ¼& 7 ˜à Ô! 3   + þ A`  ¦
  · p . 5  › ¸



o \  @ /6 £ x ÷ &  H 7 á x — ¸× ¼ë ß –s  ¶ ú ˜ z Œ ™  e ” Ü ¼ 9, C  â ¸ ú š 6

£

§ @ /q  55 dB s  © œ_  7 á x — ¸× ¼ ß ¼l \  ¦ ° ú   H  .

¢

¸ô  Ç 5 – Ð Ã º1 l x+ þ A › ¸ o — ¸× ¼ Œ ™F K ) a F  g$ 3 Ä » Y Us $  _

 Ø  ¦§ 4 `  ¦ F  g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3  ì  r$ 3 l – Ð ± p   õ \  ¦ Õ ªa Ë > 5\ 
 

? /% 3  . µ 1 ϔ     © œ_  ×  æd ” “ É r 1565 nm, ì ø Íu ‚  ; Ÿ ¤“ É r €  • 3.3 nm s  .   © œ ‚  ; Ÿ ¤ 3.3 nm  H 1550 nm   © œ @ /% i \ 

"

f 412 GHz_  Å Ò à º @ /% i ; Ÿ ¤ \  K { © œ  ) a  . _ " t o — : r ` O Û ¼ _

  â Ä º   ¨ 8 Š ô  Ç> \ " f r ç ß –-@ /% i ; Ÿ ¤ Y  L(time-bandwidth product)“ É r 0.315 s Ù ¼– Ð ` O Û ¼; Ÿ ¤“ É r 760 fs – Ð \ V8 £ ¤ ÷ &% 3  .

III. + s Ç Â ] Ø

*

3 á Ô-„ à Ðt  l Z O Ü ¼– Ð Siõ  Ge 1 p x _  œ í“ ¦5 Å q ì ø Í6 £ x : £ ¤$ í

`

 ¦ F   H z  ´+ « >\ " f, * 3 i ç “ É r ×  æd ”    © œs  800 nm“   Ti- Sapphire F G œ íé ß – ` O Û ¼ Y Us $ \  ¦ æ ¼“ ¦, * 3 i ç Ü ¼– Ð Ò q t|   Ó ü t

$ í

   o_  „ à Ðt   H F « Ñ\  f  ¨ à º÷ &t  · ú §  H y n C`  ¦ + ‹" f 

“

¦  ×  æd ”    © œs  1550 nm“   F  g$ 3 Ä » ` O Û ¼ Y Us $ \  ¦ à º 1

l x+ þ A › ¸ o — ¸× ¼ Œ ™F K ~ ½ Ód ” Ü ¼– Ð ë ß –[ þ t “ ¦ : £ ¤$ í `  ¦ 8 £ ¤& ñ % i 



. _ " t o — : r ` O Û ¼_  l ‘ : r ì ø Í4 Ÿ ¤Ò  ¦“ É r 27.9 MHz s  9, * 3 á Ô6   x Ti-Sapphire Y Us $ _  ` O Û ¼ ì ø Í4 Ÿ ¤Ò  ¦“   140 MHz\  ¦ ë ß –[ þ t l  0

AK  5  › ¸ o \  ¦ + ‹" f139.7 MHz_  ` O Û ¼ ì ø Í4 Ÿ ¤Ò  ¦`  ¦ ½ ¨

Fig. 4. 5

^th

harmonics. (a) Oscilloscope trace: Directly after splitting. (b) Oscilloscope trace: Ordering. (c) RF spectrum at (b).

‰

&

³ % i  . s M : F  g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 _  ×  æd ”    © œ“ É r 1565 nm,  



© œ ‚  ; Ÿ ¤“ É r 3.3 nm % i  .   ¨ 8 Š ô  Ç> \ " f _ " t o — : r ` O Û ¼_  r  ç

ß –-@ /% i ; Ÿ ¤ Y  L“ É r 0.315 s Ù ¼– Ð ` O Û ¼; Ÿ ¤“ É r 760 fs – Ð \ V8 £ ¤ ÷ &% 3 

Fig. 5. Optical spectrum at 5

^th

harmonics.



.

*

3 á Ԗ Ð æ ¼  H Ti-Sapphire Y Us $ _  ` O Û ¼ ì ø Í4 Ÿ ¤Ò  ¦ s  140 MHz s Ù ¼– Ð „ à Ðt  ` O Û ¼_  ì ø Í4 Ÿ ¤Ò  ¦`  ¦ ˜ Ð  & ñ S X ‰ y  ´ ú Æ Ò 9

€

  t F K ë ß –Ž  H F  g$ 3 Ä » Y Us $ _  / B N”  l  U  ´s \  ¦ p [ j > 

›

¸] X K   ô  Ç . 5  › ¸ o \  ¦ s 6   x ô  Ç Ã º1 l x+ þ A › ¸ o — ¸× ¼



Œ

™F K ) a Y Us $ _  Ø  ¦§ 4 “ É r 700 µW à ºï  r Ü ¼– Ð „ à Ðt  F  g " é ¶ Ü ¼

–

Ð æ ¼l \   H Ø  æì  r u  · ú § . 8 £ ¤& ñ y Œ ™• ¸\  ¦ Z  } s l  0 AK  ˜ Ð 

 H ` O Û ¼ \  -t ü <  ú ª“ É r ; Ÿ ¤`  ¦ ° ú   H ` O Û ¼ € 9 כ ¹  . s 

\

 ¦ 0 AK  / B N”  l  î ß –_  ì  r í ß –`  ¦ › ¸] X K  ˜ Ð   ú ª“ É r ; Ÿ ¤ _  ` O  Û

¼\  ¦ % 3 “ ¦ F  g7 £ x; Ÿ ¤`  ¦ : Ÿ x K  Y Us $ _  Ø  ¦§ 4  { 9 Ò  ¦`  ¦ > h‚  ½ + É

\ V& ñ s  .

P

c p 8 ý ò k >

‘

: r ƒ  ½ ¨  H ô  Dz D Gƒ  ½ ¨F é ß –_  t " é ¶`  ¦ ~ à Î  à º' Ÿ ô  Ç ƒ  ½ ¨

 

õ _  { 9  Ò{ 9 m  .(õ ] j    ñ: 2010-0023535)

Y

c p w Š à U Ø ”  ô

[1] A. M. Weiner, Ultrafast Optics (Wiley, New York, 2009).

[2] K.-T. Tsen Ed., Ultrafast Phenomena in Semiconduc- tors (Springer, New York, 2001).

[3] P. Hannaford Ed., Femtosecond Laser Spectroscopy (Springer, Boston, 2005).

[4] A. B. Grudinin, D. J. Richardson and D. N. Payne, Electron. Lett. 29, 1860 (1993).

[5] J. N. Kutz, B. C. Collings, K. Bergman and W. H.

Knox, IEEE J. Quantum Electron. 34, 1749 (1998).

[6] J. H. Im, S. Y. Choi, F. Rotermund and D.-I. Yeom,

Optics Express 18, 22141 (2010).