Sub-200 fs, 344 MHz mode-locked Tm-doped fiber laser
Wei-Yu Lai, Hui Zhang, Zexiu Zhu, Peiguang Yan, Shuangchen Ruan, Zhipei Sun, Jinzhang Wang
Abstract
We demonstrate a compact, self-starting mode-locked thulium-doped fiber laser based on nonlinear polarization evolution (NPE), with a fundamental repetition rate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mo>∼</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mn>344</mml:mn> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mspace width="thickmathspace"/> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi> <mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi> <mml:mi mathvariant="normal">z</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> and a pulse duration of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mo>∼</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mn>160</mml:mn> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mspace width="thickmathspace"/> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi> <mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> . The generated pulses centered at <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mo>∼</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mn>1975</mml:mn> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mspace width="thickmathspace"/> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi> <mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> have a maximum output power of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mo>∼</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mn>560</mml:mn> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mspace width="thickmathspace"/> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi> <mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> , corresponding to a pulse energy of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mo>∼</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mn>1.63</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mspace width="thickmathspace"/> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi> <mml:mi mathvariant="normal">J</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> . To the best of our knowledge, the achieved repetition rate represents the highest value of fundamentally NPE mode-locked fiber lasers at <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mo>∼</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mspace width="thickmathspace"/> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mtext>µ</mml:mtext> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> , while the average output power is also higher than the previously reported 2 µm ultrafast single-mode fiber oscillators. The timing jitter in the integrated range [5 kHz, 10 MHz] and the integrated relative intensity noise in the range [10 Hz, 10 MHz] reach <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mo>∼</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mn>35</mml:mn> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mspace width="thickmathspace"/> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi> <mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mo>∼</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mn>0.009</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">%</mml:mi> </mml:math> , respectively. Our high-performance laser is an ideal candidate for various applications, including mid-infrared frequency metrology and high-speed optical sampling.