Dissertations / Theses: 'Phase-Locked lasers'

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Boyd, Richard L. (Richard Lyman). "An optical phase locked loop for semiconductor lasers." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 1988. http://hdl.handle.net/1721.1/35943.

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Abstract:

Thesis (M.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Aeronautics and Astronautics, 1988.
Title as it appeared in MIT Graduate list, June, 1988: An optical phase locked loop.
Includes bibliographical references.
by Richard L. Boyd.
M.S.

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Avramopoulos, Hercules. "Phase effects in dispersion compensated passively mode-locked lasers." Thesis, Imperial College London, 1989. http://hdl.handle.net/10044/1/47342.

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Stolarz, Piotr Michal. "Development of a phase-sensitive pulse measurement technique for semiconductor mode-locked lasers." Thesis, University of Glasgow, 2012. http://theses.gla.ac.uk/3368/.

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Abstract:

The ultrashort pulses emitted by passive semiconductor mode-locked lasers (PSMLLs) can be applied to a wide range of applications, including modern optical communication systems, optical sampling, security, imaging or sensing. For most of these applications, it is of critical importance to gather detailed information on the mode-locked laser (MLL) dynamics as well as on the temporal intensity and phase profiles of the pulses. The pulse formation in a PSMLL is in fact a very complex mechanism that is governed by the close interplay between a number of linear and nonlinear phenomena, influenced by various semiconductor parameters. The complete characterisation of the devices as a function of the laser driving parameters, geometry and semiconductor material structure has therefore the potential to provide a deeper understanding of the PSMLL behaviour. As the available detectors are usually incapable of resolving the temporal structures of ultrashort pulses from the high repetition rate MLLs, a number of indirect measurement solutions have been developed for full pulse characterisation. However, these methods are designed for lasers with high-energy optical pulses or require pulse synchronisation or ultrafast modulation. This obviously restricts their suitability for the unsynchronised, low energy and high repetition rate pulses as those emitted by the mode-locked laser diodes. In this work, an extensive study of various dynamical regimes, such as mode-locking, self-pulsation and continuous-wave operations of the monolithically integrated AlGaInAs/InP MLLs is reported. The devices operate around 1.55 µm and emit optical pulses with sub-40 GHz repetition frequencies. The influence of the biasing conditions, laser geometry and semiconductor material on the lasers performance is analysed in detail. The complete characterisation includes the evaluation of both the phase and time profiles of pulses, using a sonogram system developed as part of this thesis. It is based on a self-referenced method, capable of ambiguity-free measurements of low power and sub-picosecond pulses. A sensitivity as low as 5mW on the pulse peak power has been achieved through the design and fabrication of a two-photon absorption (TPA) detector, optimised for polarisation insensitivity and high nonlinear response. The travelling-wave operation enables the characterisation of high-repetition rate pulses and minimises the amount of introduced dispersion. The sonogram system has been successfully employed to study the evolution of the temporal intensity and group delay profiles as a function of the laser biasing conditions and for different device geometries. The obtained results indicate a prevailing positive chirp present in the pulses, which can be reduced by a careful adjustment of the device biasing. The minimum pulse width emitted from the investigated MLLs and measured with the sonogram technique was ~500 fs.

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Ozharar, Sarper. "Stable optical frequency comb generation and applications in arbitrary waveform generation, signal processing and optical data mining." Orlando, Fla. : University of Central Florida, 2008. http://purl.fcla.edu/fcla/etd/CFE0002388.

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Auroux, Vincent. "Application des lasers fibrés à verrouillage de modes à la génération très haute fréquence à haute pureté spectrale." Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30103/document.

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Abstract:

Le développement technologique dans le domaine des télécommunications, ainsi que des systèmes de détection, a accru ces dernières années la nécessité de signaux de référence présentant une très haute pureté spectrale. L'augmentation des débits, la saturation des bandes de fréquence ainsi que les performances imposées pour la détection radar ont ouvert la voie à la génération micro-onde par l'optique. Ces références de fréquence sont souvent issues d'oscillateurs optoélectroniques (OEO). Ces oscillateurs intègrent un élément de stockage de l'énergie au travers de résonateurs ou de longues lignes à retard fibrées afin d'augmenter leur facteur qualité et permettant ainsi d'atteindre des performances supérieures aux signaux multipliés à partir de sources basses fréquences ou directement à partir d'oscillateurs micro-ondes à résonateur diélectrique (DRO). Une topologie originale d'oscillateurs optoélectroniques a été proposée à la fin des années 1990 par une équipe américaine : il s'agit de remplacer le résonateur passif nécessitant un verrouillage du laser sur ce dernier par un résonateur actif, intégrant un amplificateur optique. Ce résonateur actif, un laser à blocage de modes, permet un couplage entre l'oscillation optique du laser et l'oscillation optoélectronique. On parle alors d'oscillateur optoélectronique couplé (COEO). Les performances du COEO sont étroitement liées à la pureté spectrale du signal issu du laser à blocage de modes. Ce travail de thèse traite de l'étude et de l'optimisation de ces systèmes. Une étude approfondie sur le bruit dans les amplificateurs optiques a tout d'abord été menée afin de déterminer quel type d'amplificateur choisir pour le COEO et sous quelles conditions l'amplification optique apporte un bruit de phase minimal. Ensuite, un COEO à 10 GHz a été réalisé, présentant un très faible bruit de phase atteignant - 132 dBc/Hz à 10 kHz de la porteuse. Un modèle a par ailleurs été implémenté, permettant de déterminer a posteriori l'efficacité du couplage et ainsi la bande de verrouillage entre l'oscillation optoélectronique et le laser à blocage de modes. Ce couplage interne dépend fortement de la dynamique du système. Cependant, les différents effets non linéaires qui ont lieu dans l'amplificateur à semiconducteur et les fibres ne permettent pas d'obtenir un modèle analytique. Un modèle itératif a alors été proposé afin d'obtenir les propriétés de l'enveloppe complexe lentement variable du peigne de fréquence généré en sortie du laser dont la photodétection conduit à la puissance RF générée par le COEO. Le COEO génère un peigne de fréquence suffisamment large pour produire des harmoniques RF supérieurs à la fréquence de répétition du laser à blocage de modes, si les modes longitudinaux espacés de plusieurs intervalles spectraux libres (ISL) sont en phase. Le modèle itératif développé permet, à partir des paramètres expérimentaux de déterminer le spectre optique ainsi que la distribution de phase à l'intérieur de celui-ci. Il est possible alors d'augmenter la puissance d'une harmonique en sortie de la photodiode par un ajout d'éléments dispersifs. Cette multiplication de fréquence permet la génération de signaux à haute pureté spectrale en bande millimétrique. Une démonstration expérimentale à 90 GHz a été proposée, basée sur un COEO fonctionnant à 30 GHz. Ces résultats sont prometteurs et une intégration du COEO dans un boîtier thermalisé ainsi qu'une gestion plus fine de la dispersion des fibres peut permettre des améliorations significatives sur le bruit de phase du système
The important rise of telecommunication systems in the past decades, together with the sensitivity improvement of radar systems, has increased the necessity for high spectral purity frequency references at high frequencies. The saturation of classical microwave bandwidths motivated the search of frequency references at higher frequencies, such as K-band. Frequency multiplication from highly stable sources, such as quartz sources, is limited by the increase of the noise floor, which is often prohibitive at millimeter wave frequencies. On the contrary, microwave generation using optics becomes a very efficient technique in this frequency range. Indeed, passive optical resonators or delay lines feature a high Q factor which can be used to stabilize the microwave frequency. The best phase noise performance is today obtained with long delay line oscillators. However, a spurious mode suppression technique has to be implemented in this type of OEOs. The use of an active optical resonator is a third solution, which avoids any locking technique between the laser and the passive resonator. The first architecture of this type has been proposed at the end of the 1990's. In such a system, a mode-locked laser is coupled to a microwave oscillator (COEO). COEO phase noise performances are strongly dependent on the spectral purity of the mode locked laser signal. This thesis work focus on the study and the optimization of this system. Optical amplifiers noise is firstly investigated, in order to determine the optimal conditions to minimize their phase noise contribution to the COEO. A 10 GHz SOA based COEO has been realized and features a low phase noise level reaching - 132 dBc/Hz at 10 kHz from the carrier. An analytical model has also been developed to obtain the locking range of the coupled oscillations. This frequency range is strongly dependent on the coupling efficiency between optical oscillation and the optoelectronic oscillation. This parameter cannot be calculated analytically and an iterative model has been proposed to determine the amplitude and phase of the optical spectrum. Therefore, one can calculate the RF power on the photodiode, on which the coupling efficiency is depending. Since COEO features a large optical frequency comb where each tooth of the comb is phase locked thanks to the mode locked laser, harmonic generation from COEO is possible. Wide frequency comb from high frequency COEO allow millimeter wave generation. The iterative model developed in this work enable to determine the RF power of one specified harmonic from experimental parameters. Harmonic selection can also be performed through the management of the chromatic dispersion. Such frequency multiplication has been implemented to generate a high purity 90 GHz signal from a 30 GHz COEO.These results are promising and an integration of the system in a thermalized box is under process

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Hoghooghi, Nazanin. "Injection-locked semiconductor lasers for realization of novel RF photonics components." Doctoral diss., University of Central Florida, 2012. http://digital.library.ucf.edu/cdm/ref/collection/ETD/id/5303.

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Abstract:

This dissertation details the work has been done on a novel resonant cavity linear interferometric modulator and a direct phase detector with channel filtering capability using injection-locked semiconductor lasers for applications in RF photonics. First, examples of optical systems whose performance can be greatly enhanced by using a linear intensity modulator are presented and existing linearized modulator designs are reviewed. The novel linear interferometric optical intensity modulator based on an injection-locked laser as an arcsine phase modulator is introduced and followed by numerical simulations of the phase and amplitude response of an injection-locked semiconductor laser. The numerical model is then extended to study the effects of the injection ratio, nonlinear cavity response, depth of phase and amplitude modulation on the spur-free dynamic range of a semiconductor resonant cavity linear modulator. Experimental results of the performance of the linear modulator implemented with a multi-mode Fabry-Perot semiconductor laser as the resonant cavity are shown and compared with the theoretical model. The modulator performance using a vertical cavity surface emitting laser as the resonant cavity is investigated as well. Very low V? in the order of 1 mV, multi-gigahertz bandwidth (-10 dB bandwidth of 5 GHz) and a spur-free dynamic range of 120 dB.Hz2/3 were measured directly after the modulator. The performance of the modulator in an analog link is experimentally investigated and the results show no degradation of the modulator linearity after a 1 km of SMF. The focus of the work then shifts to applications of an injection-locked semiconductor laser as a direct phase detector and channel filter. This phase detection technique does not require a local oscillator. Experimental results showing the detection and channel filtering capability of an injection-locked semiconductor diode laser in a three channel system are shown. The detected electrical signal has a signal-to-noise ratio better than 60 dB/Hz. In chapter 4, the phase noise added by an injection-locked vertical cavity surface emitting laser is studied using a self-heterodyne technique. The results show the dependency of the added phase noise on the injection ratio and detuning frequency. The final chapter outlines the future works on the linear interferometric intensity modulator including integration of the modulator on a semiconductor chip and the design of the modulator for input pulsed light.
ID: 031001383; System requirements: World Wide Web browser and PDF reader.; Mode of access: World Wide Web.; Title from PDF title page (viewed May 22, 2013).; Adviser: Peter J. Delfyett, Jr.; Thesis (Ph.D.)--University of Central Florida, 2012.; Includes bibliographical references (p. 106-110).
Ph.D.
Doctorate
Optics and Photonics
Optics and Photonics
Optics

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Sun, Yifan. "Theory of mode-locked lasers based on non-conventional cavity modes." Thesis, université Paris-Saclay, 2021. http://www.theses.fr/2021UPASP003.

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Abstract:

Cette thèse de doctorat porte principalement sur la dynamique et la robustesse d’un nouveau concept de verrouillage de mode dans les nanolasers semi-conducteurs ultracompacts. Un tel nanolaser présente des modes ermites-gaussiens créés par une cavité photonique harmonique pour confiner la lumière. Cela permet de mapper la cavité optique en oscillateur harmonique de mécanique quantique, avec des fréquences propres régulièrement espacées, une condition essentielle pour le verrouillage de mode. La période de verrouillage de mode est contrôlée par la conception du potentiel photonique, et non par la longueur de la cavité. Les régimes non linéaires possibles sont décrits par l’équation de Gross-Pitaevskii avec un potentiel parabolique et des termes non linéaires décrivant le gain et l’absorption. Pour étudier ces comportements dynamiques, des simulations numériques directes sont principalement mises en œuvre. Tout d’abord, la compétition de mode pour le gain entre les modes ermites et gaussiens en l’absence d’absorption saturable est étudiée. Deuxièmement, on prévoit que le verrouillage des modes se produira avec une saturation instantanée du gain et de l’absorption sur un large éventail de paramètres, correspondant à l’émergence d’une soliton dissipative. Troisièmement, dans le régime de saturation non instantanée du gain et de l’absorption, différents comportements dynamiques du nanolaser sont obtenus en faisant varier le gain et l’absorption. Ces différents régimes, y compris la commutation Q, le verrouillage de mode à commutation Q et le verrouillage de mode CW, sont décrits en détail. L’influence du facteur Henry sur le verrouillage de mode est également abordée. Quatrièmement, la robustesse du verrouillage de mode des modes ermite et gaussien au désordre de la cavité harmonique est étudiée en détail, y compris l’effet de la non-parabolicité du potentiel et les erreurs aléatoires dans la forme du potentiel
This PhD thesis mainly addresses the dynamics and the robustness of a novel concept of mode locking in ultracompact semiconductor nanolasers. Such a nanolaser exhibits Hermite-Gaussian modes created by a harmonic photonic cavity to confine light. This maps the optical cavity into quantum mechanical harmonic oscillator, with evenly spaced eigenfrequencies, an essential requirement for mode locking. The possible nonlinear regimes are described by the Gross-Pitaevskii equation with a parabolic potential and nonlinear terms describing gain and absorption. To investigate these dynamical behaviors, direct numerical simulations are mainly implemented. Continuation calculations are also performed using pde2path.First, the mode competition for gain among Hermite-Gaussian modes in the absence of saturable absorption is investigated and shown to be very different from usual resonators.Second, mode locking is predicted to occur with instantaneous saturation of gain and absorption over a broad range of parameters, corresponding to the emergence of dissipative soliton and multisoliton solutions. The mode locking period is controlled by the design of the photonic potential, and not by the cavity length. The dissipative soliton is well described by the coherent state of a quantum mechanical oscillator, namely a Gaussian envelope oscillating without deformation.Third, in the regime of noninstantaneous gain and absorption saturation, different dynamical behaviors of the nanolaser are obtained by varying the gain and the absorption. These different regimes, including Q-switching, Q-switched mode locking, and CW mode locking, are described in detail, illustrating the rich physics of this nonlinear system. The influence of the Henry factor on the mode locking is also discussed. Moreover, similar dynamical behaviors using spatially separated gain and absorber sections inside the cavity are obtained.Fourth, the robustness of mode locking of the Hermite-Gaussian modes to the disorder of the harmonic cavity is investigated in details. It includes the effect of non-parabolicity of the potential and the random errors in the shape of the potential

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Karuseichyk, Sopfy. "Noise in coupled VECSEL array." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2024. http://www.theses.fr/2024SORUS162.

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Abstract:

Les réseaux de lasers sont des composants clés dans de nombreux domaines de la science, de la technologie et des applications civiles aujourd'hui. Un domaine remarquablement nouveau d'application des réseaux de lasers est le solveur laser, qui permet de paralléliser le processus de calcul spatialement. Pour de telles applications, un réseau de lasers à faible bruit ayant des caractéristiques identiques est nécessaire. En même temps, la plupart des applications répertoriées nécessitent un mécanisme de couplage entre les lasers du réseau. Les lasers à état solide sont les plus couramment utilisés aujourd'hui pour de telles applications.Cependant, dans ce travail, nous présentons un nouveau type de réseau laser basé sur les VECSEL (Lasers à Émission de Surface à Cavité Externe Verticale) avec un contrôle de couplage intra-cavité. De tels lasers sont bien connus pour être des lasers à très faible bruit. Leurs dynamiques sont un exemple remarquable de comportement dynamique de classe A. Ces dynamiques s'accompagnent d'un filtrage du transfert du bruit de pompage au-dessus de la fréquence de coupure de la cavité. En même temps, le VECSEL est un laser à semi-conducteur, ce qui le distingue des lasers à état solide. Par exemple, il présente un facteur de Henry non négligeable. Les dynamiques de ces réseaux de VECSEL verrouillés en phase n'ont pas encore été étudiées.Ce laser est développé à partir d'une cavité plan-plan spatialement dégénérée. Grâce à la dégénérescence de la cavité, nous avons transformé un VECSEL multimode en un réseau de lasers indépendants avec un masque de perte spécialement conçu dans ce but. Nous avons atteint un contrôle sur le couplage entre les lasers dû à la diffraction sur le masque. Le couplage est déterminé par la diffraction sur les bords des trous du masque et la réflexion consécutive sur le miroir de sortie de la cavité. Les champs réfléchis de chaque laser sont injectés dans les trous voisins. Ce couplage est complexe. Nous le quantifions numériquement, puis développons plusieurs modèles pour la description de la dynamique du réseau laser en tenant compte de la complexité du coefficient de couplage. Chaque modèle caractérise l'une des topologies de masque étudiées. Nous avons montré expérimentalement que changer la position du masque permet de changer le couplage entre les lasers de zéro à des valeurs suffisantes pour verrouiller en phase le réseau de lasers. Nous avons effectué une mesure du bruit à la fois pour les solutions non verrouillées et verrouillées en phase. Les spectres de bruit relatif en intensité mesurés des lasers individuels ont confirmé la dynamique de classe A du réseau de VECSEL développé. Sur la base de la corrélation croisée des bruits des différents lasers, nous avons découvert une corrélation claire entre le verrouillage en phase et une corrélation spectrale du bruit. Ensuite, nous avons montré numériquement et analytiquement les mêmes phénomènes basés sur les modèles développés.Un intérêt particulier du projet concernait le réseau laser annulaire. De tels réseaux sont connus pour générer des solutions sous forme de série discrète de différences de phase lorsqu'ils sont verrouillés en phase. Nous avons étudié de telles solutions dans notre système. Chacune d'elles, à l'exception du verrouillage en phase, correspond à un vortex avec un incrément de phase discret entre les lasers. Nous avons étudié les limitations dictées par le facteur de Henry et dérivé une formule analytique générale. Nous avons étudié la génération de vortex asymétrique avec des masques de pertes non uniformes. De plus, nous avons étudié théoriquement l'influence de la rétroaction optique sur le verrouillage de phase dans un vortex. Le modèle de bruit d'un tel réseau a été confirmé expérimentalement avec trois lasers. Sur la base du modèle, nous avons trouvé une méthode simple pour déterminer le signe du vortex (direction de l'accumulation de phase) basée sur les mesures de bruit des lasers
Laser arrays are key components in many areas of science, technology, and civilian applications today. A remarkably new domain of application of laser arrays is the laser solver, which allows to parallelize the computation process spatially. For such applications a low noise array with identical laser's characteristics is required. At the same time, most of the listed applications require a coupling mechanism for the array. Most commonly, solid-state lasers are used today for such applications.However, in this work we present a new type of laser array based on the VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Lasers) with the intracavity coupling control. Such lasers are well known to be extremely low noise lasers. Their dynamics are a remarkable example of class-A dynamical behavior. Such dynamics is accompanied with the filtering of the transferred pump noise above the cavity cut-off frequency. At the same time the VECSEL is a semiconductor laser, which has distinguishing peculiarities, when compared with the solid-state laser. For example, it has a non-negligible Henry factor. Dynamics of such phase locked VECSEL arrays has not been studied yet.This laser is developed with a planar spatially degenerate cavity. Thanks to cavity degeneracy we transform a multimode VECSEL into an array of independent lasers with a designed loss mask. Thanks to the method of array development with a mask, we gain control on the coupling between lasers by the diffraction on the mask. The coupling is determined by the diffraction on the edges of the mask holes and consequent reflection on the output cavity mirror. Reflected field of each laser is injected to the neighboring holes. The coupling coefficient is complex. We numerically quantify it and then develop several models for the laser array dynamics description with considered complexity of the coupling coefficient. Each model characterizes one of the investigated mask topologies.Changes of the mask position were shown experimentally to change the coupling between lasers from zero to values large enough to phase-lock the laser array. We performed a noise measurement both for the unlocked and phase-locked solutions. The measured relative intensity noise spectra of individual lasers confirmed the class-A dynamics of the developed VECSEL array. Based on the cross-correlation on the noises of different lasers we discovered a clear correlation between phase-locking and a noises spectral correlation. Then, we could reproduce numerically and analytically the same results based on the models we developed.A particular interest of the project was situated on a ring laser array. Such arrays are known for their discrete series for the phase-difference solutions when phase-locked. We studied such solutions in our system. Each of them, except for the in-phase phase-locking, corresponds to a vortex with discrete phase increment between lasers. Since good quality vortices are extremely needed for particle micromotoring, information transfer, etc. we deeply studied such solutions in our system. We studied the limitations dictated by the Henry factor and derived a general analytical criterion for the existence of such solutions. We studied asymmetric vortex generation with non-uniform loss masks. Additionally, we studied theoretically the influence of optical feedback on the phase -locking in such a vortex. The noise model of such an array was experimentally confirmed with three lasers. Based on the model we found a simple method of the determination of the vortex sign (direction of the phase accumulation) based on the laser's noise measurements

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Kassa, Wosen Eshetu. "Modélisation électrique de laser semi-conducteurs pour les communications à haut débit de données." Thesis, Paris Est, 2015. http://www.theses.fr/2015PEST1016/document.

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Abstract:

Cette distinction est également valable pour le genre des individus (homme/femme). L'étude menée a montré que l'approche utilisant l'information spectrale des contours des phalanges permet une identification par seulement trois phalanges, à un taux EER (Equal Error Rate) inférieur à 0.24 %. Par ailleurs, il a été constaté « de manière surprenante » que la technique fondée sur les rapports de vraisemblance entre les phalanges permet d'atteindre un taux d'identification de 100 % et un taux d'EER de 0.37 %, avec une seule phalange. Hormis l'aspect identification/authentification, notre étude s'est penchée sur l'optimisation de la dose de rayonnement permettant une identification saine des individus. Ainsi, il a été démontré qu'il était possible d'acquérir plus de 12500/an d'images radiographiques de la main, sans pour autant dépasser le seuil administratif de 0.25 mSvL'avancement de la communication numérique optique dans les réseaux longue distance et d'accès a déclenché les technologies émergentes dans le domaine micro-ondes / ondes millimétriques. Ces systèmes hybrides sont fortement influencés non seulement par les déficiences de liens optiques mais aussi des effets de circuits électriques. Les effets optiques et électriques peuvent être ainsi étudiés en même temps en utilisant des outils assistés par ordinateur en développant des modèles de circuit équivalent de l'ensemble des composants de liaison tels que les lasers à semi-conducteurs, modulateurs, photo-détecteurs et fibre optique. Dans cette thèse, les représentations de circuit des composants de liaison photoniques sont développées pour étudier des architectures différentes. Depuis la source de lumière optique est le principal facteur limitant de la liaison optique, une attention particulière est accordée aux caractéristiques, y compris les plus importants de simples lasers en mode semi-conducteurs. Le modèle de circuit équivalent de laser qui représente l'enveloppe du signal optique est modifié pour inclure les propriétés de bruit de phase du laser. Cette modification est particulièrement nécessaire d'étudier les systèmes où le bruit de phase optique est important. Ces systèmes comprennent des systèmes de télécommande hétérodynes optiques et des systèmes auto-hétérodynes optiques. Les résultats de mesure des caractéristiques de laser sont comparés aux résultats de simulation afin de valider le modèle de circuit équivalent dans des conditions différentes. Il est démontré que le modèle de circuit équivalent peut prédire avec précision les comportements des composants pour les simulations au niveau du système. Pour démontrer la capacité du modèle de circuit équivalent de la liaison photonique pour analyser les systèmes micro-ondes / ondes millimétriques, le nouveau modèle de circuit du laser avec les modèles comportementaux des autres composants sont utilisés pour caractériser différents radio sur fibre (RoF) liens tels que la modulation d'intensité - détection directe (IM-DD) et les systèmes RoF hétérodynes optique. Signal sans fil avec des spécifications conformes à la norme de IEEE 802.15.3c pour la bande de fréquence à ondes millimétriques est transmis sur les liens RoF. La performance du système est analysée sur la base de l'évaluation de l'EVM. L'analyse montre que l'analyse efficace des systèmes de photonique micro-ondes / ondes millimétriques est obtenue en utilisant des modèles de circuit qui nous permet de prendre en compte les comportements à la fois électriques et optiques en même temps
The advancement of digital optical communication in the long-haul and access networks has triggered emerging technologies in the microwave/millimeter-wave domain. These hybrid systems are highly influenced not only by the optical link impairments but also electrical circuit effects. The optical and electrical effects can be well studied at the same time using computer aided tools by developing equivalent circuit models of the whole link components such as semiconductor lasers, modulators, photo detectors and optical fiber. In this thesis, circuit representations of the photonic link components are developed to study different architectures. Since the optical light source is the main limiting factor of the optical link, particular attention is given to including the most important characteristics of single mode semiconductor lasers. The laser equivalent circuit model which represents the envelope of the optical signal is modified to include the laser phase noise properties. This modification is particularly necessary to study systems where the optical phase noise is important. Such systems include optical remote heterodyne systems and optical self-heterodyne systems. Measurement results of the laser characteristics are compared with simulation results in order to validate the equivalent circuit model under different conditions. It is shown that the equivalent circuit model can precisely predict the component behaviors for system level simulations. To demonstrate the capability of the equivalent circuit model of the photonic link to analyze microwave/millimeter-wave systems, the new circuit model of the laser along with the behavioral models of other components are used to characterize different radio-over-fiber (RoF) links such as intensity modulation – direct detection (IM-DD) and optical heterodyne RoF systems. Wireless signal with specifications complying with IEEE 802.15.3c standard for the millimeter-wave frequency band is transmitted over the RoF links. The system performance is analyzed based on EVM evaluation. The analysis shows that effective analysis of microwave/millimeter-wave photonics systems is achieved by using circuit models which allows us to take into account both electrical and optical behaviors at the same time

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Akrout, Akram. "Contribution à l’étude des lasers à verrouillage de modes pour les applications en télécommunications." Thesis, Evry, Institut national des télécommunications, 2009. http://www.theses.fr/2009TELE0023/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur l’étude des lasers à verrouillage de modes à bâtonnets quantiques (MLL QD) sur le système de matériau InAs/InP en vue de leur utilisation pour les applications télécoms. Contrairement aux lasers à deux sections, nous exploitons, tout au long de cette thèse, le phénomène du mélange à quatre-ondes qui est à l’origine du verrouillage de modes dans ces structures. Une analyse du « chirp » des impulsions générées par ce type de lasers, ainsi qu’une étude théorique et expérimentale pour le compenser, ont été décrites. En particulier, nous démontrons la compensation du « chirp » linéaire par un filtrage et par une fibre présentant une dispersion adéquate. D’autre part, une compensation du « chirp » d’ordre supérieur est possible en utilisant une fibre à dispersion spécifique. Une étude a été consacrée à la gigue temporelle, un autre paramètre crucial pour la plupart des applications utilisant les MLLs QD. Dans une première étape, nous avons mis en œuvre une technique de mesure par cross-corrélation optique pour caractériser la gigue temporelle des MLLs à haute fréquence de répétition. Contrairement à la technique de mesure par analyse spectrale, celle-ci permet d’effectuer des mesures à des fréquences de répétitions supérieures à 50 GHz et sur une plage de fréquence allant de presque 0 Hz à quelques centaines de MHz. Ensuite, nous avons caractérisé des diodes lasers présentant une largeur de raie RF record d’une valeur de 850 Hz. Une valeur de gigue de 500 fs a été mesurée sur la bande de fréquence [150 kHz-320 MHz]. Cette valeur correspond à une amélioration d’un facteur 25 par rapport à la valeur mesurée sur une structure à base de puits quantiques pour les mêmes bornes d’intégration. Nous avons également présenté une étude de la réduction du bruit de phase des MLLs basée sur l’effet de la réinjection optique. Nous avons ainsi obtenu une amélioration du niveau de bruit de phase d’un facteur supérieur à 15 dB par rapport à la technique optoélectronique standard. Ces résultats mettent en évidence le potentiel des MLL QD pour la génération des impulsions à très faibles gigue temporelle et ouvrent la voie pour la conception des oscillateurs tout-optiques à faible bruit de phase. Enfin, nous présentons la génération d’un peigne de fréquences WDM en utilisant un MLL QD. En utilisant une telle source, nous avons démontré une transmission canal par canal sur une distance de 50 km de fibre SMF à un débit de 10 Gbit/s. Ce résultat de toute première importance permet d’envisager l’utilisation des MLLs QD pour la transmission WDM
This PhD thesis deals with the integration of InP based quantum dash mode locked lasers for use in optical communication systems and microwave optoelectronic applications. The properties of pulse and characterization methods are described as well as requirements for application in communication systems. Experimental and analytic method for pulse “chirp” characterization and compensation are also discussed. In particular, we demonstrate that high order dispersion can be compensated using specific fibre length. The characterization of quantum dash based mode locked lasers, has shown their potential to generate high spectral purity self-pulsating signals, with state-of-the-art spectral linewidth of ~ 850 Hz. Especially, the importance of, and way to reduce high-frequency jitter is discussed. Indeed, a novel method for measurement of high-frequency jitter based on optical cross-correlation technique is implemented. Systematic investigation of 10 GHz passively mode locked laser based on InAs/InP quantum dashes emitting at 1.55 µm have demonstrated a reduced value of timing jitter of 500 fs in the 150 kHz – 320 MHz frequency range. Compared to typical passively mode-locked quantum well laser which exhibit timing jitter in the range 12 ps (150 kHz – 50 MHz), our device demonstrates an approximately 25 times improvement in timing jitter. Concerning microwave optoelectronic applications, we demonstrate that a low phase noise oscillator can be obtained using a QD MLL integrated in an optical self injection loop without any opto-electronic or electro-optic conversion. A significant reduction of the -3 dB linewedith as low as 200Hz was obtained thanks to optimised tuning of the optical external cavity length. The phase noise has been reduced from -75dBc/Hz to a level as low as -105dBc/Hz at an offset of 100kHz. This yields to ultra low timing jitter and shows the potential to fabricate simple, and yet low noise oscillators based on semiconductor lasers without any high frequency electronics, photodetector or modulator. Finally, we report, for the first time, error-free transmission of 8 WDM channels over 50 km long single mode fiber at 10 Gbit/s using comb-generation in a quantum dash based mode locked laser. Such good performance paves the way for the use of mode locked-lasers in WDM transmission and allows considering such a solution in an integrated WDM transceiver

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Agaisse, Romain. "Auto-affinement spectral laser assisté par effet Brillouin." Electronic Thesis or Diss., Université de Rennes (2023-....), 2023. http://www.theses.fr/2023URENS091.

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Abstract:

La stabilité en fréquence des lasers est une propriété recherchée dans de nombreux domaines tels que les communications optiques, la spectroscopie ou encore la métrologie temps-fréquence. Dans ce contexte, l’institut Foton a mis au point un principe permettant d’auto-affiner spectralement un laser à des niveaux extrêmement bas. Pour cela on pompe un résonateur Brillouin non-réciproque ce qui génère une onde Stokes spectralement pure. L’ajout d’une boucle à verrouillage de phase qui contre-réagit sur la pompe permet alors d’éviter les sauts de modes du résonateur Brillouin tout en affinant spectralement le laser de pompe, produisant ainsi un effet d'auto-affinement en cascade. Dans ce manuscrit, nous étudions théoriquement et expérimentalement le système d’auto-affinement spectral laser assisté par effet Brillouin. La modélisation de l’ensemble de ses constituants par le biais du formalisme des fonctions de transfert est confortée par des validations expérimentales. Ces fonctions de transfert rendent compte de la réponse des différents éléments du système vis-à-vis des fluctuations de phase et d’amplitude. L’expression de la fonction de transfert du système complet est ensuite validée expérimentalement en comparant les prévisions théoriques aux mesures de fonction de transfert en boucle ouverte ainsi qu'en réponse indicielle. L’exploitation du modèle et de ses paramètres physiques ajustables permet alors de réduire davantage les fluctuations de fréquence pour un laser de pompe à état solide émettant à 1,54 \uD835\uDF07m. Cela nous permet notamment de mettre en évidence le fait que le résonateur Brillouin dans ces conditions de verrouillage de phase joue le rôle d'une référence optique. Les performances du système sont ensuite évaluées en dupliquant ce dernier et en mesurant dans le domaine micro- onde le battement entre les deux systèmes indépendants. Finalement, le principe du « buffer reservoir » est ajouté au système d’affinement spectral. Ce principe basé sur l’insertion d’un mécanisme d’absorption non-linéaire dans le laser de pompe permet de réduire l'excès de bruit d'amplitude aux oscillations de relaxations de 32 dB. Ainsi on supprime la principale source de bruit d’amplitude converti en bruit de phase dans le système
The frequency stability of lasers is a sought-after property in many fields such as optical communications, spectroscopy and time-frequency metrology. In this context, the Foton Institute has developed a principle making it possible to spectrally self-narrow a laser at extremely low levels. For this we pump a non-reciprocal Brillouin resonator which generates a spectrally pure Stokes wave. The addition of a phase-locked loop which counter-reacts to the pump then makes it possible to avoid mode hops of the Brillouin resonator while spectrally narrowing the pump laser, thus producing a cascaded self-narrowing effect. In this manuscript, we theoretically and experimentally study the Brillouin assisted laser spectral self-narrowing system. The modeling of all of its constituents using the formalism of transfer functions is supported by experimental validations. These transfer functions account for the response of the different elements of the system to phase and amplitude fluctuations. The expression of the transfer function of the complete system is then validated experimentally by comparing the theoretical predictions to the open-loop transfer function measurements as well as in step response. Exploitation of the model and its adjustable physical parameters then makes it possible to further reduce frequency fluctuations for a solid-state pump laser emitting at 1.54 μm. This allows us in particular to highlight the fact that the Brillouin resonator in these phase-locking conditions plays the role of an optical reference. The performance of the system is then evaluated by duplicating it and measuring the beat between the two independent systems in the microwave domain. Finally, the “buffer reservoir” principle is added to the spectral narrowing system. This principle based on the insertion of a non-linear absorption mechanism in the pump laser makes it possible to reduce excess amplitude noise at relaxation oscillations by 32 dB. This eliminates the main source of amplitude noise converted into phase noise in the system

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Akrout, Akram. "Contribution à l’étude des lasers à verrouillage de modes pour les applications en télécommunications." Electronic Thesis or Diss., Evry, Institut national des télécommunications, 2009. http://www.theses.fr/2009TELE0023.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur l’étude des lasers à verrouillage de modes à bâtonnets quantiques (MLL QD) sur le système de matériau InAs/InP en vue de leur utilisation pour les applications télécoms. Contrairement aux lasers à deux sections, nous exploitons, tout au long de cette thèse, le phénomène du mélange à quatre-ondes qui est à l’origine du verrouillage de modes dans ces structures. Une analyse du « chirp » des impulsions générées par ce type de lasers, ainsi qu’une étude théorique et expérimentale pour le compenser, ont été décrites. En particulier, nous démontrons la compensation du « chirp » linéaire par un filtrage et par une fibre présentant une dispersion adéquate. D’autre part, une compensation du « chirp » d’ordre supérieur est possible en utilisant une fibre à dispersion spécifique. Une étude a été consacrée à la gigue temporelle, un autre paramètre crucial pour la plupart des applications utilisant les MLLs QD. Dans une première étape, nous avons mis en œuvre une technique de mesure par cross-corrélation optique pour caractériser la gigue temporelle des MLLs à haute fréquence de répétition. Contrairement à la technique de mesure par analyse spectrale, celle-ci permet d’effectuer des mesures à des fréquences de répétitions supérieures à 50 GHz et sur une plage de fréquence allant de presque 0 Hz à quelques centaines de MHz. Ensuite, nous avons caractérisé des diodes lasers présentant une largeur de raie RF record d’une valeur de 850 Hz. Une valeur de gigue de 500 fs a été mesurée sur la bande de fréquence [150 kHz-320 MHz]. Cette valeur correspond à une amélioration d’un facteur 25 par rapport à la valeur mesurée sur une structure à base de puits quantiques pour les mêmes bornes d’intégration. Nous avons également présenté une étude de la réduction du bruit de phase des MLLs basée sur l’effet de la réinjection optique. Nous avons ainsi obtenu une amélioration du niveau de bruit de phase d’un facteur supérieur à 15 dB par rapport à la technique optoélectronique standard. Ces résultats mettent en évidence le potentiel des MLL QD pour la génération des impulsions à très faibles gigue temporelle et ouvrent la voie pour la conception des oscillateurs tout-optiques à faible bruit de phase. Enfin, nous présentons la génération d’un peigne de fréquences WDM en utilisant un MLL QD. En utilisant une telle source, nous avons démontré une transmission canal par canal sur une distance de 50 km de fibre SMF à un débit de 10 Gbit/s. Ce résultat de toute première importance permet d’envisager l’utilisation des MLLs QD pour la transmission WDM
This PhD thesis deals with the integration of InP based quantum dash mode locked lasers for use in optical communication systems and microwave optoelectronic applications. The properties of pulse and characterization methods are described as well as requirements for application in communication systems. Experimental and analytic method for pulse “chirp” characterization and compensation are also discussed. In particular, we demonstrate that high order dispersion can be compensated using specific fibre length. The characterization of quantum dash based mode locked lasers, has shown their potential to generate high spectral purity self-pulsating signals, with state-of-the-art spectral linewidth of ~ 850 Hz. Especially, the importance of, and way to reduce high-frequency jitter is discussed. Indeed, a novel method for measurement of high-frequency jitter based on optical cross-correlation technique is implemented. Systematic investigation of 10 GHz passively mode locked laser based on InAs/InP quantum dashes emitting at 1.55 µm have demonstrated a reduced value of timing jitter of 500 fs in the 150 kHz – 320 MHz frequency range. Compared to typical passively mode-locked quantum well laser which exhibit timing jitter in the range 12 ps (150 kHz – 50 MHz), our device demonstrates an approximately 25 times improvement in timing jitter. Concerning microwave optoelectronic applications, we demonstrate that a low phase noise oscillator can be obtained using a QD MLL integrated in an optical self injection loop without any opto-electronic or electro-optic conversion. A significant reduction of the -3 dB linewedith as low as 200Hz was obtained thanks to optimised tuning of the optical external cavity length. The phase noise has been reduced from -75dBc/Hz to a level as low as -105dBc/Hz at an offset of 100kHz. This yields to ultra low timing jitter and shows the potential to fabricate simple, and yet low noise oscillators based on semiconductor lasers without any high frequency electronics, photodetector or modulator. Finally, we report, for the first time, error-free transmission of 8 WDM channels over 50 km long single mode fiber at 10 Gbit/s using comb-generation in a quantum dash based mode locked laser. Such good performance paves the way for the use of mode locked-lasers in WDM transmission and allows considering such a solution in an integrated WDM transceiver

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Prakasha, Prarthana. "A Study of Injection Locking in Optoelectronic Oscillator." Thesis, Université d'Ottawa / University of Ottawa, 2020. http://hdl.handle.net/10393/41147.

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Abstract:

The random fluctuations of signal phase of an oscillator limit the precision of time and frequency measurements. The noise and long-term stability of the system’s oscillator or clock is of major importance in applications such as optical and wireless communications, high-speed digital electronics, radar, and astronomy. The Optoelectronic Oscillator (OE Oscillator), a new class of time delay oscillator with promise as a low-phase noise source of microwave carriers, was introduced by Steve Yao and Lute Malek in 1996. The OE Oscillator combines into a closed loop an RF photonic link and an RF chain. The RF photonic link consists of a laser, electro-optic modulator, optical fibre delay line, and a photo-receiver that together provide an RF delay. An RF chain consists of one or more amplifiers and a RF resonator that together provide the sustaining amplification and the frequency selectivity necessary for single mode oscillation of the loop. The low loss of optical fibres enables the attainment of delays that correspond to optical fibre lengths of several kilometers. It is the long delay, unattainable in an all electronic implementations that is responsible for the superior phase noise performance of an OE Oscillator. In this thesis the fundamental principles of operation of an OE Oscillator are described and the principal sources of in-loop phase fluctuations that are responsible for phase-noise identified. This lays the ground for an exposition of the mechanism that describes the perturbation of a time delay oscillator by injection into the loop of a carrier that is detuned in frequency from the natural frequency of the oscillator. For sufficiently small detuning the oscillator can become phase locked to the injected carrier. The model presented in the thesis generalises the traditional Yao-Maleki and Leeson model to include all the important features that describe the injection locking dynamics of an OE Oscillator. In particular the common assumptions of single mode oscillation and weak injection are removed. This is important to correctly predict the effect of injection locking on the spurious peaks in the phase noise spectrum corresponding to the side-modes of a time delay oscillator. Simulation results are presented in order to validate the dynamics of the oscillator under injection and analytic results on the lock-in range and phase noise spectrum. A 10 GHz OE Oscillator with a single 5km delay line is used as an example in the simulation illustration.

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Hallal, Ayman. "Génération d'ondes millimétriques et submillimétriques sur des systèmes fibrés à porteuses optiques stabilisées." Thesis, Rennes 1, 2017. http://www.theses.fr/2017REN1S005/document.

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Abstract:

Je rapporte dans ce manuscrit une étude théorique et expérimentale d’une source compacte, fiable et bas coût d’ondes électromagnétiques continues et cohérentes de 30 Hz de largeur de raie, accordables de 1 GHz à 500 GHz par pas de 1 GHz. Ces ondes sont générées par un photo-mélange de deux diodes lasers DFB (Distributed Feedback) très accordables autour de 1550 nm, stabilisées avec des polarisations orthogonales sur une même cavité Fabry-Perot optique fibrée. J’ai conçue des électroniques de correction très rapides pour chaque laser permettant d’avoir une bande passante d’asservissement de 7 MHz limitée par la longueur de la boucle. Je démontre des suppressions de bruit de phase jusqu’à -60 dBc/ Hz à 1 kHz et de -90 dBc/Hz à 100 kHz d’écart d’une porteuse électrique à 92 GHz. Je mesure aussi une dérive de fréquence de ~170 kHz d’un battement à 10 GHz à long terme sur 7,5 heures de verrouillage continu. Je montre une conception optimisée d’une boucle d’asservissement intégrée de quelques dizaines de cm de longueur qui réduit le bruit de phase de 18 dB à 1 MHz d’écart à la porteuse optique et des couplages phase-amplitude réduits dans la cavité d’un facteur 50 par rapport à ceux estimés expérimentalement. L’ajout d’un troisième laser DFB stabilisé en phase sur un oscillateur local permettrait d’avoir une source continûment accordable sur 1 THz. La source d’ondes continues permettrait également de générer à partir de fibres hautement non linéaires et dispersives des impulsions pico- ou femtosecondes à un taux de répétition fixe en remplacement les lasers DFB par des lasers plus stables. Je calcule par simulation une gigue temporelle de 7,2 fs sur un temps d’intégration de 1 ms à 40 GHz de taux de répétition
I report in this manuscript a theoretical and experimental study of a compact, reliable and low cost source of 30 Hz linewidth, continuous and coherent electromagnetic waves tunable from 1 GHz to 500 GHz in steps of 1 GHz. These waves are generated by photomixing two distributed feedback (DFB) laser diodes at 1550 nm which are frequency stabilized with orthogonal polarizations on the same optical fibered Fabry-Perot cavity. I have designed very fast electronic control filters for each laser allowing a 7 MHz servo bandwidth limited by the loop length. I demonstrate phase noise suppressions down to -60 dBc/Hz at 1 kHz and -90 dBc/Hz at 100 kHz offset frequencies from a 92 GHz electrical carrier. I also measure a ~170 kHz frequency drift of the beat note at 10 GHz on the long term over a continuous 7.5 hour locking period. I show an optimized design of an integrated servo loop of few tens of cm length which reduces the phase noise by 18 dB at 1 MHz optical carrier offset frequency and the phase-amplitude couplings in the cavity by a factor of 50 compared to the experimental one. The addition of a third DFB laser phase stabilized on a local oscillator allows the possibility to have continuously tunable source over 1 THz. The continuous wave source also makes it possible to generate fixed repetition rate pico- or femtosecond pulses from highly non-linear and dispersive fibers, replacing the DFB lasers by further stable lasers. I have calculated by simulation 7.2 fs temporal jitter at 40 GHz repetition rate over a 1 ms integration time

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Buckley, David. "Phase-locked, multiple ridge waveguide, semiconductor laser arrays." Thesis, University of Bath, 1992. https://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.334692.

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Kao, Tsung-Yu. "Surface-emitting distributed feedback terahertz quantum-cascade phase-locked laser arrays." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2009. http://hdl.handle.net/1721.1/54235.

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Abstract:

Thesis (S.M.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 2009.
This electronic version was submitted by the student author. The certified thesis is available in the Institute Archives and Special Collections.
Cataloged from student-submitted PDF version of thesis.
Includes bibliographical references (p. 111-114).
A new approach to achieve high-power, symmetric beam-pattern, single-mode THz emission from metal-metal waveguide quantum-cascade laser is proposed and implemented. Several surface-emitting distributed feedback terahertz lasers are coupled through the connection phase sectors between them. Through carefully choosing the length of phase sectors, each laser will be in-phase locked with each other and thus create a tighter beam-pattern along the phased-array direction. A clear proof of phase-locking phenomenon has been observed and the array can be operated in either in-phase or out-of-phase mode at different phase sector length. The phase sector can also be individually biased to provide another frequency tuning mechanism through gain-induced optical index change. A frequency tuning range of 1:5 GHz out of 3:9 THz was measured. Moreover, an electronically controlled "beam steering" device is also proposed based on the result of this work. This thesis focuses on the design, fabrication and measurement of the surface-emitting distributed feedback terahertz quantum-cascade phase-locked laser arrays.
by Tsung-Yu Kao.
S.M.

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Wang, Long. "Talbot Imaging in Multi-mode Optical Fibers with Periodic Multiple Sub-apertures." University of Dayton / OhioLINK, 2011. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=dayton1322777852.

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Harvey, David. "Automatically phase-locked fibre optic electronic speckle pattern interferometry using laser vibrometry." Thesis, Heriot-Watt University, 1996. http://hdl.handle.net/10399/715.

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Panapakkam, Venkatesan Vivek. "Optical frequency comb generation using InP based quantum-dash/ quantum-well single section mode-locked lasers." Thesis, Evry, Institut national des télécommunications, 2016. http://www.theses.fr/2016TELE0024/document.

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Abstract:

Les interconnections optiques dans les fermes de données (data centers) nécessitent la mise au point de nouvelles approches technologiques pour répondre aux besoins grandissants en composants d’interface respectant des cahiers de charge drastiques en termes de débit, coût, encombrement et dissipation d’énergie. Les peignes de fréquences optiques sont particulièrement adaptés comme nouvelles sources optiques, à mêmes de générer un grand nombre de porteuses optiques cohérentes. Leur utilisation dans des systèmes de transmission en multiplexage de longueurs d’onde (WDM) et exploitant de nouveaux formats de modulation, peut aboutir à des capacités jamais atteintes auparavant. Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du projet européen BIG PIPES (Broadband Integrated and Green Photonic Interconnects for High-Performance Computing and Enterprise Systems) et a pour but l’étude de peignes de fréquences générés à l’aide de lasers à verrouillage de modes, à section unique, à base de bâtonnets quantiques InAs/InP et puits quantiques InGaAsP/InP. Nous avons entrepris l’étude de nouvelles couches actives et conceptions de cavités lasers en vue de répondre au cahier des charges du projet européen. Une étude systématique du bruit d’amplitude et de phase de ces sources a en particulier été menée à l’aide de nouvelles techniques de mesure afin d’évaluer leur compatibilité dans des systèmes de transmission à très haut débit. Ces peignes de fréquences optiques ont été utilisées avec succès dans des expériences de transmission sur fibre optique avec des débits records dépassant le Tbit/s par puce et une dissipation raisonnable d’énergie par bit, montrant leur fort potentiel pour les applications d’interconnections optiques dans les fermes de données
The increasing demand for high capacity, low cost, high compact and energy efficient optical transceivers for data center interconnects requires new technological solutions. In terms of transmitters, optical frequency combs generating a large number of phase coherent optical carriers are attractive solutions for next generation datacenter interconnects, and along with wavelength division multiplexing and advanced modulation formats can demonstrate unprecedented transmission capacities. In the framework of European project BIG PIPES (Broadband Integrated and Green Photonic Interconnects for High-Performance Computing and Enterprise Systems), this thesis investigates the generation of optical frequency combs using single-section mode-locked lasers based on InAs/InP Quantum-Dash and InGaAsP/InP Quantum-Well semiconductor nanostructures. These novel light sources, based on new active layer structures and cavity designs are extensively analyzed to meet the requirements of the project. Comprehensive investigation of amplitude and phase noise of these optical frequency comb sources is performed with advanced measurement techniques, to evaluate the feasibility of their use in high data rate transmission systems. Record Multi-Terabit per second per chip capacities and reasonably low energy per bit consumption are readily demonstrated, making them well suited for next generation datacenter interconnects

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Panapakkam, Venkatesan Vivek. "Optical frequency comb generation using InP based quantum-dash/ quantum-well single section mode-locked lasers." Electronic Thesis or Diss., Evry, Institut national des télécommunications, 2016. http://www.theses.fr/2016TELE0024.

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Abstract:

Les interconnections optiques dans les fermes de données (data centers) nécessitent la mise au point de nouvelles approches technologiques pour répondre aux besoins grandissants en composants d’interface respectant des cahiers de charge drastiques en termes de débit, coût, encombrement et dissipation d’énergie. Les peignes de fréquences optiques sont particulièrement adaptés comme nouvelles sources optiques, à mêmes de générer un grand nombre de porteuses optiques cohérentes. Leur utilisation dans des systèmes de transmission en multiplexage de longueurs d’onde (WDM) et exploitant de nouveaux formats de modulation, peut aboutir à des capacités jamais atteintes auparavant. Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du projet européen BIG PIPES (Broadband Integrated and Green Photonic Interconnects for High-Performance Computing and Enterprise Systems) et a pour but l’étude de peignes de fréquences générés à l’aide de lasers à verrouillage de modes, à section unique, à base de bâtonnets quantiques InAs/InP et puits quantiques InGaAsP/InP. Nous avons entrepris l’étude de nouvelles couches actives et conceptions de cavités lasers en vue de répondre au cahier des charges du projet européen. Une étude systématique du bruit d’amplitude et de phase de ces sources a en particulier été menée à l’aide de nouvelles techniques de mesure afin d’évaluer leur compatibilité dans des systèmes de transmission à très haut débit. Ces peignes de fréquences optiques ont été utilisées avec succès dans des expériences de transmission sur fibre optique avec des débits records dépassant le Tbit/s par puce et une dissipation raisonnable d’énergie par bit, montrant leur fort potentiel pour les applications d’interconnections optiques dans les fermes de données
The increasing demand for high capacity, low cost, high compact and energy efficient optical transceivers for data center interconnects requires new technological solutions. In terms of transmitters, optical frequency combs generating a large number of phase coherent optical carriers are attractive solutions for next generation datacenter interconnects, and along with wavelength division multiplexing and advanced modulation formats can demonstrate unprecedented transmission capacities. In the framework of European project BIG PIPES (Broadband Integrated and Green Photonic Interconnects for High-Performance Computing and Enterprise Systems), this thesis investigates the generation of optical frequency combs using single-section mode-locked lasers based on InAs/InP Quantum-Dash and InGaAsP/InP Quantum-Well semiconductor nanostructures. These novel light sources, based on new active layer structures and cavity designs are extensively analyzed to meet the requirements of the project. Comprehensive investigation of amplitude and phase noise of these optical frequency comb sources is performed with advanced measurement techniques, to evaluate the feasibility of their use in high data rate transmission systems. Record Multi-Terabit per second per chip capacities and reasonably low energy per bit consumption are readily demonstrated, making them well suited for next generation datacenter interconnects

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Liu, Ling. "Analysis and experimental demonstration of conformal adaptive phase-locked fiber array for laser communications and beam projection applications." College Park, Md.: University of Maryland, 2008. http://hdl.handle.net/1903/8773.

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Abstract:

Thesis (Ph. D.) -- University of Maryland, College Park, 2008.
Thesis research directed by: Dept. of Electrical and Computer Engineering Engineering. Title from t.p. of PDF. Includes bibliographical references. Published by UMI Dissertation Services, Ann Arbor, Mich. Also available in paper.

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Finelli, Stefano. "Realizzazione di un sistema di stabilizzazione per laser a stato solido, per la generazione di luce squeezed in esperimenti di interferometria." Bachelor's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2015. http://amslaurea.unibo.it/8296/.

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Abstract:

Con questo lavoro di tesi si affrontano i primi accorgimenti sperimentali necessari alla realizzazione di un esperimento di ottica quantistica. L'attività svolta consiste nell'ottimizzazione dei parametri di un PLL (Phase-Locked Loop) che mantiene due laser agganciati in frequenza, e nella misura del rumore di fase presente nell'aggancio. Questa stabilizzazione costituisce il primo passo per la generazione di luce squeezed, associata a particolari stati del campo elettromagnetico. Grazie a quest'ultima, è possibile migliorare la sensibilità raggiungibile in esperimenti di interferometria di precisione, quali ad esempio quelli per la ricerca di onde gravitazionali. L'iniezione di luce squeezed costituirà infatti parte del prossimo upgrade dell'interferometro di Virgo.

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Turghun, Matniyaz. "Free-space NPR mode locked erbrium doped fiber laser based frequency comb for optical frequency measurement." Thesis, Kansas State University, 2014. http://hdl.handle.net/2097/18682.

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Abstract:

Master of Science
Department of Physics
Brian R. Washburn
This thesis reports our attempt towards achieving a phase stabilized free-space nonlinear polarization rotation (NPR) mode locked erbium doped fiber laser frequency comb system. Optical frequency combs generated by mode-locked femtosecond fiber lasers are vital tools for ultra-precision frequency metrology and molecular spectroscopy. However, the comb bandwidth and average output power become the two main limiting elements in the application of femtosecond optical frequency combs. We have specifically investigated the free-space mode locking dynamics of erbium-doped fiber (EDF) mode-locked ultrafast lasers via nonlinear polarization rotation (NPR) in the normal dispersion regime. To do so, we built a passively mode-locked fiber laser based on NPR with a repetition rate of 89 MHz producing an octave-spanning spectrum due to supercontinuum (SC) generation in highly nonlinear fiber (HNLF). Most significantly, we have achieved highly stable self-starting NPR mode-locked femtosecond fiber laser based frequency comb which has been running mode locked for the past one year without any need to redo the mode locking. By using the free-space NPR comb scheme, we have not only shortened the cavity length, but also have obtained 5 to 10 times higher output power (more than 30 mW at central wavelength of 1570 nm) and much broader spectral comb bandwidth (about 54 nm) compared to conventional all-fiber cavity structure with less than 1 mW average output power and only 10 nm spectral bandwidth. The pulse output from the NPR comb is amplified through a 1 m long EDF, then compressed by a length of anomalous dispersion fiber to a near transform limited pulse duration. The amplified transform limited pulse, with an average power of 180 mW and pulse duration of 70 fs, is used to generate a supercontinuum of 140 mW. SC generation via propagation in HNLF is optimized for specific polling period and heating temperature of PPLN crystal for SHG around 1030 nm. At last, we will also discuss the attempt of second harmonic generation (SHG) by quasi phase matching in the periodically polled lithium niobate (PPLN) crystal due to nonlinear effect corresponding to different polling period and heating temperature.

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Rzaigui, Habeb. "Systèmes hybrides opto/sans fil pour les réseaux multi-gigabits aux fréquences millimétriques." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAT014/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur les systèmes de communication radio-sur-fibre (RoF) aux fréquences millimétriques dans la gamme de fréquences 57-66 GHz et leur génération par voie optique. La technique utilisée repose sur l’emploi de diodes laser à verrouillage de modes à boites quantiques. Au cours de cette thèse, plusieurs études ont été effectuées : la première porte sur la capacité d’intégrer ces types des lasers dans des systèmes de communication RoF avec leurs performances sous modulation directe ou externe. La deuxième étude a été consacrée aux effets de la propagation de ces signaux dans des systèmes basés sur les lasers à blocage de modes. Une technique originale a été mise en place afin de réduire la sensibilité à la dispersion chromatique dans la fibre optique. Une étude de la réduction du bruit de phase des lasers à verrouillage de modes basée sur l’observation de l’effet de la contre réaction et l’injection optique externe a été également présentée
This thesis focuses on the radio-over-fiber (RoF) communication systems at millimeter frequencies in the frequency range 57-66 GHz and optical generation of a signal at millimeter-wave frequency band. The technique used is based on mode-locked laser diodes. The diodes employed in this work are in quantum dots (or quantum dashes) technology. In this thesis, several studies were conducted: the first relates the ability of integration these types of lasers in the RoF communication systems under direct or external modulation. The second study was devoted to propagation effects. An original technique was implemented to reduce the sensitivity to chromatic dispersion in an optical fiber. A study of the reduction of phase noise mode-locked lasers based on the observation of the reaction effect and against the external optical injection was presented

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Specht, Hendrik. "MEMS-Laser-Display-System." Doctoral thesis, Universitätsbibliothek Chemnitz, 2011. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-71334.

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Abstract:

In der vorliegenden Arbeit werden die im Zusammenhang mit der Strahlablenkung stehenden Systemaspekte der auf MEMS-Scanner basierenden Laser-Display-Technologie theoretisch analysiert und aus den Ergebnissen die praktische Implementierung eines Laser-Display-Systems als Testplattform vorgenommen. Dabei werden mit einem Ansatz auf Basis zweier 1D-Scanner und einem weiteren Ansatz mit einem 2D-Scanner zwei Varianten realisiert. Darüber hinaus erfolgt die Entwicklung eines bildbasierten Multiparametertestverfahrens, welches sowohl für den Test komplettierter Strahlablenkeinheiten bzw. Projektionsmodule als auch zum umfassenden und zeiteffizienten Test von MEMS-Scannern auf Wafer-Level geeignet ist. Mit diesem Verfahren erfolgt eine Charakterisierung der zwei realisierten Varianten des Laser-Displays. Ausgehend von den Eigenschaften des menschlichen visuellen Systems und den daraus resultierenden Anforderungen an das Bild sowie einer systemtheoretischen Betrachtung des mechanischen Verhaltens von MEMS-Scannern bildet die Ansteuersignalerzeugung für den resonanten Betrieb der schnellen und den quasistatischen Betrieb der langsamen Achse einen Schwerpunkt. Neben dem reinen digitalen Regler- bzw. Filterentwurf sowie mehreren Linearisierungsmaßnahmen beinhaltet dieser auch die Herleitung einer FPGA-basierten Videosignalverarbeitung zur Konvertierung von Scannpattern, Zeitregime und Auflösung mit einer entsprechenden Synchronisierung von Strahlablenkung und Lasermodulation. Auf Grundlage der daraus resultierenden Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen Scanner-/Systemparametern und Bildparametern werden Testbild-Bildverarbeitungsalgorithmus-Kombinationen entwickelt und diese, angeordnet in einer Sequenz, mit einem Kalibrierverfahren zu einem Testverfahren für MEMS-Scanner vervollständigt. Die Ergebnisse dieser Arbeit entstanden im Rahmen von industriell beauftragten F&E-Projekten und fließen in die andauernde Fortführung des Themas beim Auftraggeber ein.

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Specht, Hendrik. "MEMS-Laser-Display-System: Analyse, Implementierung und Testverfahrenentwicklung." Doctoral thesis, Universitätsverlag der Technischen Universität Chemnitz, 2010. https://monarch.qucosa.de/id/qucosa%3A19558.

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Abstract:

In der vorliegenden Arbeit werden die im Zusammenhang mit der Strahlablenkung stehenden Systemaspekte der auf MEMS-Scanner basierenden Laser-Display-Technologie theoretisch analysiert und aus den Ergebnissen die praktische Implementierung eines Laser-Display-Systems als Testplattform vorgenommen. Dabei werden mit einem Ansatz auf Basis zweier 1D-Scanner und einem weiteren Ansatz mit einem 2D-Scanner zwei Varianten realisiert. Darüber hinaus erfolgt die Entwicklung eines bildbasierten Multiparametertestverfahrens, welches sowohl für den Test komplettierter Strahlablenkeinheiten bzw. Projektionsmodule als auch zum umfassenden und zeiteffizienten Test von MEMS-Scannern auf Wafer-Level geeignet ist. Mit diesem Verfahren erfolgt eine Charakterisierung der zwei realisierten Varianten des Laser-Displays. Ausgehend von den Eigenschaften des menschlichen visuellen Systems und den daraus resultierenden Anforderungen an das Bild sowie einer systemtheoretischen Betrachtung des mechanischen Verhaltens von MEMS-Scannern bildet die Ansteuersignalerzeugung für den resonanten Betrieb der schnellen und den quasistatischen Betrieb der langsamen Achse einen Schwerpunkt. Neben dem reinen digitalen Regler- bzw. Filterentwurf sowie mehreren Linearisierungsmaßnahmen beinhaltet dieser auch die Herleitung einer FPGA-basierten Videosignalverarbeitung zur Konvertierung von Scannpattern, Zeitregime und Auflösung mit einer entsprechenden Synchronisierung von Strahlablenkung und Lasermodulation. Auf Grundlage der daraus resultierenden Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen Scanner-/Systemparametern und Bildparametern werden Testbild-Bildverarbeitungsalgorithmus-Kombinationen entwickelt und diese, angeordnet in einer Sequenz, mit einem Kalibrierverfahren zu einem Testverfahren für MEMS-Scanner vervollständigt. Die Ergebnisse dieser Arbeit entstanden im Rahmen von industriell beauftragten F&E-Projekten und fließen in die andauernde Fortführung des Themas beim Auftraggeber ein.

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黃信耀. "Study of Steady Active Mode-Locked Fiber Lasers by Using Phase-Locked Loop." Thesis, 2005. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/70169386389707074303.

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Abstract:

碩士
國立清華大學
光電工程研究所
93
Abstract In recent year, optical communication becomes more and more important, especially in long distance network communication. The optical sources play an important rule in the system. Fiber optical transmission using a short optical pulse train is a fundamental technology in order to achieve a high-speed and long-distance global network. For ultra-high speed fiber optical communication, the characteristic of ideal transmission source is demanded to be stable (low amplitude jitter), widely tunable wavelength, transform limited, low timing jitter, adjustable pulsewidth, and high extinction ratio. Therefore, a mode-locked erbium-doped fiber lasers (ML-EDFLs) source with high repetition rate and short pulse width is good selection than semiconductor lasers for ultrahigh-speed communication system. Besides, these ML-EDFLs can produce higher output power and lower insertion loss in all fiber system. In recent paper, they mention some methods to solve the problem of stability of the optical mode-locked fiber laser systems, but it needs some more device or high frequency circuit. In this thesis, we use phase locked loop to make the system stable. And the final result improved by PLL.

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28

Lin, ssu chin, and 林世軒. "Towards Optoelectronic Phase-locking of CW Semiconductor Lasers and Femtosecond Mode-locked Laser for THz Frequency Metrology." Thesis, 2003. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/15311405019585562045.

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Abstract:

碩士
國立交通大學
光電工程所
91
We characterize the phase-locking between dual-wavelength cw semiconductor laser and mode-locked pulse laser. Through biting signal from dipole antenna generated by two various wavelength cw lasers, semiconductor laser could be locked to high order harmonic frequency of repetition rate of mode locked laser was demonstrated. In this thesis, our experiment is be to divided into two parts, part one : we success to depressed timing jitter of mode-locked laser from 7.5ps to 880fs. Part two : We use the harmonic frequency of mode-locked laser as the standard of dual-wavelength cw semiconductor laser and to stabilize the frequency of laser diode .We depress the frequency fluctuation of laser diode from 100MHz to 4~10MHz.

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29

Lee, Wen-Chin, and 李文進. "A 10GHz PLL Phase Shifter Based Circuitry for Frequency Stabilization and Delay-Time Tuning of Mode-Locked Fiber Lasers." Thesis, 2004. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/54492355150402907070.

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Abstract:

碩士
國立交通大學
電機資訊學院碩士在職專班
92
With the evolution of modern electronic technology and communication system came the need to provide stable oscillation and continuous phase shift at particular frequencies. Continuously tuning the phase of microwave signal or optical clock via optical or optoelectronic technique has been extensively studied since its particular applications in phased-array antennas (PAAs), wireless/fiber communication and electro-optic sampling (EOS) system. In this thesis, we demonstrate a 10GHz electronic type digital phase locked loop with phase shifter (DPLL-PS) based circuitry for frequency stabilization and delay-time tuning of mode-locked fiber lasers. We propose the electronic type DPLL-PS to establish the phase continuous tunable, operation easily and high phase lock stability and especially to improve the drawback of limited bandwidth up to Ku band range. This thesis consists of three main parts: the first introduces the concept of phase locked loop and operation principle of phase shifter. The second part describes briefly the methods of mode-locked fiber lasers. The third part demonstrates the implementation and test results. In our research, the maximum phase deviation is up to 723o under the change in controlling voltage of 8.0 volts, which is completely independent of operating frequency. A linear transferred function of the DPLL-PS with responsivity of 90.375 o/volt was measured. The phase fluctuation of the DPLL-PS can be as small as 0.022o.

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30

"Phase-locked semiconductor quantum well laser arrays." Massachusetts Institute of Technology, Research Laboratory of Electronics, 1987. http://hdl.handle.net/1721.1/4217.

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Abstract:

Elias Towe.
Also issued as Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 1987.
Includes bibliographical references.
Supported in part by the Joint Services Electronics Program. DAAL03-86-K-0002 Supported in part by the National Science Foundation. ECS 83-05448 Supported in part by the U.S. Army Research Center. P-23223-EL

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31

LIU, HAO-WEI, and 劉皓維. "Nonlinear Phase Effects In Cascaded Mode-Locked Nd:YVO4 Laser." Thesis, 2018. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/827jp9.

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32

ZHANG, ZHONG-DAO, and 張仲道. "Use phase lock loop to reduce timing jitter of Nd:YAG CW mode-locked laser." Thesis, 1993. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/87809560913642115565.

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33

Jyh-Wei, Lin, and 林智偉. "Self-Phase Modulation and Fast Switching Enhanced Pulse Generation in an Actively Mode-Locked Nd:YLF Laser." Thesis, 1998. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/63493350454865970615.

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Abstract:

碩士
國立中山大學
光電工程學研究所
86
Synthesized high-speed pulse generator was employed to drive an acousto-optic modulator in an AM mode-locked Nd:YLF laser. The result shown that pulsegenerated shorter than 10 ps at a repetition rate of 200 MHz with an average output power of 600 mW. A close form model based on gaussian approximation was built toestimate pulse width. A complete time domain model was used to study pulseevolution in AM mode-locked laser with self-phase modulation. Both self-phase modulation and fast switching enhanced pulse-shaping ability were primary causes for the low ratio between pulse-width and repetition rate. Using these effects we canreduce pulse width without increasing modulation frequency. This indicates that the laser provides an useful application for time domain optoelectronic samplingmeasurement on microwave/millimeter-wave circuits and devices.

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34

Lee, Chia-Yu, and 李佳育. "Phase retrieval ultrafast waveform analysis of soft-aperture Kerr-lens mode-locked laser by using Genetic algorithms." Thesis, 2001. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/41604059942375070414.

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Abstract:

碩士
國立交通大學
光電工程所
89
A Kerr-lens mode-locking (KLM) laser usually relies on soliton-like pulse shaping effect from interplay between the self phase modulation (SPM) and the group velocity dispersion (GVD) to generate ultra-short pulses. Sometimes, nonlinear chirp generated in the leading and trailing edge of pulse could not be fully compensated by GVD and then the pulse splitting below 1ps was observed in Ti:sapphire laser. Besides, another kind of multiple pulses with nanosecond asymmetric spacing between pulses was also reported. To understand the reason why these phenomena occurred, chirp is the most important information needs to know. Thus we use two and one interference autocorrelator and make use of Genetic Algorithms (GA) analysis to calculate phase of pulse. GA is one of the non-constrained mathematical optimization theories based on the evolution theory in the biology (survival of the fitness). It finds a near-global optimization solution based on four steps including encode, selection, crossover, and mutation. Through the phase retrieval, the chirp of pulse splitting in a Kerr-lens mode-locked Ti:sapphire laser were investigated. It also shows nonlinear chirp generated in the leading and trailing edge of pulse could not be fully compensated by GVD is the cause of pulse splitting.

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35

Li, Yong-De, and 李勇德. "Polarization Maintaining Mode-locked Er-doped Fiber Laser Based on a Nonlinear Fiber Loop with Active Phase Modulation." Thesis, 2016. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/76437039200624973617.

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Abstract:

碩士
國立交通大學
光電工程研究所
104
In this thesis work we mainly study the polarization maintaining mode-locked Er-doped fiber laser based on a nonlinear fiber loop. Since the initial passive mode-locked laser setup can only generate noise-like pulses, we insert a phase modulator in the nonlinear fiber loop to adjust the nonlinear fiber loop transmission by tuning the modulation amplitude of the phase modulator. Single pulse mode-locking is successfully achieved. To further improve the mode-locking performance and to increase the possible mode-locking states, we remove the optical band-pass filter in the main fiber loop. After this change, we can observe the harmonic mode-locking at 2, 4, 6, 8, 10 and 12 GHz, and the rational harmonic mode-locking at 2, 5 and 10 GHz. We can also observe that the center lasing wavelength will be shifted if the modulation frequency is slight tuned. The relative ratio between the wavelength tuning range and the modulation frequency tuning range can be used to estimate the net dispersion in the fiber laser cavity. By inserting a suitable section of dispersion compensation fibers, we finally achieve the shortest ps pulse width from the studied fiber laser setup.

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36

Chih-Shang, Liu. "Study of Integrating Fiber and Optical Satellite Communication System with Applying Phase Modulated Figure Eight Mode-Locked Fiber Laser." 2003. http://www.cetd.com.tw/ec/thesisdetail.aspx?etdun=U0021-2603200719140735.

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37

Yu-Wei, Yang. "Study of High Speed Pulse Transmission with Applying Amplitude Modulated and Phase Modulated Figure Eight Mode-Locked Fiber Laser." 2004. http://www.cetd.com.tw/ec/thesisdetail.aspx?etdun=U0021-2004200711384222.

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38

Liu, Chih-Shang, and 劉志祥. "Study of Integrating Fiber and Optical Satellite Communication System with Applying Phase Modulated Figure Eight Mode-Locked Fiber Laser." Thesis, 2004. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/46889026303577753265.

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Abstract:

碩士
國立臺灣師範大學
光電科技研究所
92
In this thesis, we propose a fiber-satellite integration using a high speed phase-modulated mode-locked figure-eight laser and transmission system. In the cavity of high speed laser source, we utilize a phase modulator to inject additive modulation signal. The modulation signal can let the longitudinal mode in cavity produce constructive interference, and then, achieve small modulation signal to excite harmonic and rational mode-locked laser in high repetition rate. After producing high speed mode-locked laser, we do detuning the modulation parameters to analyze the effect of repetition rate, pulsewidth, rise time, falling time and jitter. In optical transmission systems, we consider the integration of long-distance fiber transmission and wireless optical satellite communication. 100 km long single mode fiber is used in the long-distance fiber transmission analysis. We also insert the fiber Bragg grating to compensate chromatic dispersion. In optical satellite communication system, we consider the impact of weather, beam divergence angle and so on. We evaluate the conditions and search the optimal parameters in long-distance and optical satellite integrated transmission for looking for the optimum efficiency.

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39

Yang, Yu-Wei, and 楊有為. "Study of High Speed Pulse Transmission with Applying Amplitude Modulated and Phase Modulated Figure Eight Mode-Locked Fiber Laser." Thesis, 2005. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/42434853263212767215.

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Abstract:

碩士
國立臺灣師範大學
光電科技研究所
93
In this thesis, we propose a fiber-satellite integration using a high speed AM fed amplitude-modulated mode-locked and AM/PM fed phase-modulated mode-locked figure-eight laser apply to transmission system. In the cavity of high speed laser source, we utilize an amplitude modulator and phase modulator to inject additive modulation signal respectively. The modulation signal can let the longitudinal mode in cavity produce constructive interference, and then, achieve small modulation signal to excite harmonic and rational mode-locked laser in high repetition rate. After producing high speed mode-locked laser, we do detuning the modulation parameters to analyze the effect of repetition rate, pulsewidth, rise time, falling time and jitter. In optical transmission systems, we consider the 100 km long single mode fiber is used in the fiber transmission analysis. We also insert the dispersion-compensated fiber to compensate chromatic dispersion, and analyse eye pattern with various transmission system, we can evaluate proper application for our designed system.

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40

Chiu, Jin-Chen, and 邱金城. "Study on Nonlinear Self-Phase Modulation Enhancement in Passive Mode Locked Fiber Laser with Single-Wall Carbon Nanotube Saturable Absorber." Thesis, 2010. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/22147616970849188470.

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Abstract:

博士
國立中山大學
光電工程學系研究所
99
The dependence of thickness and concentration product (TCP) of single-wall carbon nanotubes saturable absorber (SWCNTs SA) on stabilizing and shortening pulse width in passively mode-locked erbium-doped fiber ring laser (MLEDFL) was investigated and measured. The TCP represented the amounts of SWCNTs, which the optical beam encountered when passing through the SWCNTs SA. If the TCP was smaller than 8.25 (μm x wt%), the spectral bandwidth was below 2 nm. The pulse shaping was dominated by its own self amplitude modulation (SAM) of SWCNTs SA. With further increasing TCP, the soliton-like ML operation was achieved and the spectral bandwidth was expanded to 6 nm. For soliton-like mode locking (ML) operation, the area theorem dominated the pulse shaping. Through area theorem analysis, the estimation of SPM increased as the TCP increased. The adequate enhanced SPM for balancing the slight negative GVD was provided to generate soliton-like ML pulses shorten the pulse width. However, as the TCP increased, the soliton pulse energy decreased. The decreasing soliton pulse energy restricted the further pulse shortening. The results showed that the dependence of the pulse energy and nonlinear self phase modulation (SPM) on TCP enabled to determine the shortest pulse width in MLEDFL based on the area theorem. At optimized TCP of 70.93 (μm x wt%), it was found that the shortest pulse width of 418 fs. In addition, based on the estimated SPM from area theorem, the nonlinear refractive index n2 was calculated at the level of 0.4 - 1 x 10^-15 m^2/W that was close to the literature values of 10^-15 - 10^-16 m2/W. It provides another way to estimate the nonlinear refractive index except for the Z-scan measurement. We could also estimate the SPM if an active Z-scan measurement was taken to obtain the nonlinear refractive index of the sample. We realized the trend of pulse energy through few samples in MLEDFL, the behavior of pulse width could be theoretically simulated based on area theorem. Hence, with the area theorem analysis, the optimized TCP of SWCNTs SA could be simulated and estimated to generate the shortest pulse width from the trends of pulse energy and estimated SPM. The significant effect of TCP on pulse energy, SPM, pulse width, and spectral bandwidth of MLFLs suggests that the TCP represents the total amount of SWCNTs in SA, which can be used as one of key parameters for characterizing the passive MLFL pulse width. Through the study of the dependence of TCP on ML pulses in MLEDFL, it may provide a guideline to fabricate an effective SWCNTs SA to generate the shortest pulse width of the MLEDFL.

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41

Wu, Ming-Chung, and 吳銘忠. "Suppression of Phase Noise and Supermode Noise in Mode-Locked Erbium Doped Fiber Laser with an Intra-Cavity Semiconductor Optical Amplifier." Thesis, 2005. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/33890655394264584669.

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Abstract:

碩士
國立交通大學
光電工程系所
93
In this thesis, we demonstrate that the ultralow supermode noise and single-sided-band (SSB) phase noise characteristics of a harmonically mode-locked (HML) Erbium-doped fiber laser (EDFL) with an intra-cavity semiconductor optical amplifier (SOA) and optical band-pass filter (OBPF) are investigated, and are compared to a mutually injection-mode-locking (IML) link of gain-switched Fabry-Perot laser Diode (FPLD) and EDFL with the state-of-the-art performances. With an intra-cavity SOA based high-pass filter driven at unitary gain condition, we primarily demonstrate that the supermode noise suppression ratio (SMNSR) of the HML-EDFL can be simultaneously suppressed to be comparable with that of the FPLD-IML-EDFL without sacrificing the SSB phase noise and jitter performances. The SOA operated at nearly transparent condition enhances the SMNSR of the EDFL to 86 dB at the cost of degrading phase noise (-104.2 dBc/Hz), increasing jitter (1.4 ps), and broadened pulsewidth (61 ps). By adding an OBPF into the ring cavity, the SMNSR, SSB phase noise, jitter and pulsewidth of the SOA filtered HML-EDFL can further be improved to 90 dB, -112 dBc/Hz, 0.7 ps and 42 ps, respectively. The SMNSR performance of the HML-EDFL with SOA and OBPF has already been comparable with that of a FPLD-IML-EDFL link. At last, we use phase lock loop (PLL) and piezo-electric transducer (PZT) controller link to achieve regenerative mode-locked EDFL technique. The SSB phase noise and timing jitter are further analyzed in this experiment.

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42

Hung, Chih-Hao, and 洪智皓. "10 GHz mode-locked Er-doped fiber laser based on an all-PM fiber loop with in-loop phase modulation and the high-speed wavelength-swept application." Thesis, 2017. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/gtfdwe.

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Abstract:

碩士
國立交通大學
光電工程研究所
105
In this thesis work, we mainly utilize the polarization maintaining fibers for constructing the mode-locked fiber lasers. The gain fiber we use is the Er-doped fiber and an EO phase modulator is inserted into the optical fiber loop for active mode-locking. The travelling phase modulator can adjust the phase bias of the fiber loop and as a result, it can also change the fiber loop transmission. By suitably selecting the modulation frequency of the phase modulator, we successfully realize active mode-locking at the 10 GHz high repetition rate through the harmonic mode-locking technique. In addition, we use a voltage tuning dielectric resonator oscillator (DRO) as the 10 GHz signal generator to sweep the modulation frequency. We successfully achieve a 10 GHz high repetition rate mode-locked Er-doped fiber laser with high-speed optical wavelength sweeping capability. The widest sweep range is about 25 nm when the sweep rate is about 8.5 kHz.

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Dissertations / Theses on the topic 'Phase-Locked lasers'

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