Ultraflat optical comb generation by phase-only modulation of continuous-wave light

Abstract

Scientific studies about laser engineering specifically, generation and applications of stable optical frequency combs, have gained great interest of the scientists due to their intrinsic physical properties and very large area of application in technology such as, arbitrary waveform generation and spectral measurements. The main source of optical frequency combs are mode-locked laser. However, mode-locked lasers are not easy to build and have very high cost nad high maintenance compared to our method. Moreover our proposed approach can be replace mode locked lasers in some areas such as,communication and microwave photonics and network testing. In this thesis, we are particularly focused on theoretical approach of the generation of stable optical frequency combs. Furthermore, Optical frequency combs are consist of equally spaced optical frequency with a fixed phase relation between themselves. Our method requires a single optical element and it is very practical and efficient in terms of both power budget and cost compared to modelocked lasers. The optimization where the necessary modulation parameters are calculated, is the most important part of this thesis. In order to calculate them, an error function is defined. Moreover, the variance, the maximum and the mean value of the comb lines amplitudes are used in defining the error function. Using this approach we have generated an optical spectrum with 26 comb lines and 3 db flatness theoretically. There are two kind of modulations that are explained in detail in their corresponding sections: one is amplitude modulation and the second is phase modulation which is used in the theoretical work. Finally the thesis concludes with comments about the future work which includes the development of the following amendments of the results presented in this study.

Lazer mühendisliği alanında yapılan bilimsel çalışmalar, özellikle optik frekans tarak üretimi ve uygulamaları, fiziksel özellikleri ve teknoloji alanında bir çok uygulaması açısından bilim dünyasının ilgisini çekmiştir. Tezle bağlantılı olarak bazı örnekler verilebilir, arbitrary waveform generation and mode locked lazerler bu uygulamanın önemli alanlarıdır. Ayrıca lazerlerin kullanım alanında bazıları şu şekildedir, elektronik, haberleşme sektörü, nano boyuttaki malzemelerin karakter analizleri, optik, plazmonik nanofotonik ve son olarak nanoteknoloji. Bu tezde özellikle, durağan frekansın tarağı üretilmesinin teorik amaçlanmıştır.Üretilen frekands tarağının her bir elemanı eşit faz farkı ile konumlandırılmıştır. Kullanılan method ise çok pratik olmakla birlikte maliyet ve bandgenişliği bakımından da etkili bir yöntemdir. Tezin en önemli kısımlarından biri de uygun parametrelerin hesaplandığı optimizasyon kısmıdır. Uygulanabilir eş kuvvetli optiksel frekans taraklarının elde edelebilmesi için, 3dB’lik bir salınım aralığını vardır ve bu aralıkta taraklanma elde etmek için hata fonksiyonuna ihtiyaç vardır. Buna ek olarak hata fonsiyonunun sıfıra yaklaşması için maksimum değer, ortalama değer, varyans terimleri de hata fonksiyonu içerisinde kullanılmıştır. Bu yaklaşım ile 3 dB salınımla birlikte 26 li optiksel çizgi elde ettik ve ayrıca teorik olarak kanıtlanmıştır. Ayrıntıları hali kendi kısımlarında anlatılmış olan modülasyon methodları, genlik modülasyonu ve faz modülasyonu olmak üzere iki çeşittir. Teorik çalışmada ise çoklu faz modülasyonu kullanılmıştır. Tez, sonuçları hazırda bulunan bu çalışmayı, gelecekte takip edecek geliştirme ve iyileştirme çalışmalarından kısaca bahsederek tamamlanır.