In this paper, we report on the active filtering and amplification of a single mode from an optical femtosecond laser comb with mode spacing of 250 MHz by optical injection of two external-cavity diode lasers operating in cascade to build a narrow linewidth laser for laser cooling of the strontium atoms in an optical lattice clock. Despite the low injection of individual comb mode of approximately 50 nW, a single comb line at 689 nm could be filtered and amplified to reach as high as 10 mW with 37 dB side mode suppression and a linewidth of 240 Hz. This method could be applied over a broad spectral band to build narrow linewidth lasers for various applications.

1.
T. L.
Nicholson
,
S. L.
Campbell
,
R. B.
Hutson
,
G. E.
Marti
,
B. J.
Bloom
,
R. L.
McNally
,
W.
Zhang
,
M. D.
Barrett
,
M. S.
Safronova
,
G. F.
Strouse
,
W. L.
Tew
, and
J.
Ye
,
Nat. Commun.
6
,
6896
(
2015
).
2.
I.
Ushijima
,
M.
Takamoto
,
M.
Das
,
T.
Ohkubo
, and
H.
Katori
,
Nat. Photonics
9
,
185
(
2015
).
3.
N.
Hinkley
,
J. A.
Sherman
,
N. B.
Phillips
,
M.
Schioppo
,
N. D.
Lemke
,
K.
Beloy
,
M.
Pizzocaro
,
C. W.
Oates
, and
A. D.
Ludlow
,
Science
341
,
1215
(
2013
).
4.
C. W.
Chou
,
D. B.
Hume
,
J. C. J.
Koelemeij
,
D. J.
Wineland
, and
T.
Rosenband
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
070802
(
2010
).
5.
H.
Katori
,
T.
Ido
,
Y.
Isoya
, and
M.
Kuwata-Gonokami
,
Phys. Rev. Lett.
82
,
1116
(
1999
).
6.
Th.
Udem
,
J.
Reichert
,
R.
Holzwarth
, and
T. W.
Hänsch
,
Phys. Rev. Lett.
82
,
3568
(
1999
).
7.
S. A.
Diddams
,
D. J.
Jones
,
J.
Ye
,
S. T.
Cundiff
,
J. L.
Hall
,
J. K.
Ranka
,
R. S.
Windeler
,
R.
Holzwarth
,
T.
Udem
, and
T. W.
Hänsch
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
5102
(
2000
).
8.
I.
Galli
,
M.
Siciliani de Cumis
,
F.
Cappelli
,
S.
Bartalini
,
D.
Mazzotti
,
S.
Borri
,
A.
Montori
,
N.
Akikusa
,
M.
Yamanishi
,
G.
Giusfredi
,
P.
Cancio
, and
P.
De Natale
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
121117
(
2013
).
9.
S.
Borri
,
I.
Galli
,
F.
Cappelli
,
A.
Bismuto
,
S.
Bartalini
,
P.
Cancio
,
G.
Giusfredi
,
D.
Mazzotti
,
J.
Faist
, and
P.
De Natale
,
Opt. Lett.
37
,
1011
(
2012
).
10.
S.
Fang
,
Y. Y.
Jiang
,
H. Q.
Chen
,
Y.
Yao
,
Z. Y.
Bi
, and
L. S.
Ma
,
Chin. Phys. B
24
,
074202
(
2015
).
11.
D.
Nicolodi
,
B.
Argence
,
W.
Zhang
,
R.
Le Targat
,
G.
Santarelli
, and
Y.
Le Coq
,
Nat. Photonics
8
,
219
(
2014
).
12.
H.
Inaba
,
K.
Hosaka
,
M.
Yasuda
,
Y.
Nakajima
,
K.
Iwakuni
,
D.
Akamatsu
,
S.
Okubo
,
T.
Kohno
,
A.
Onae
, and
F. L.
Hong
,
Opt. Express
21
,
7891
(
2013
).
13.
A.
Yamaguchi
,
N.
Shiga
,
S.
Nagano
,
Y.
Li
,
H.
Ishijima
,
H.
Hachisu
,
M.
Kumagai
, and
T.
Ido
,
Appl. Phys. Express
5
,
022701
(
2012
).
14.
D.
Akamatsu
,
H.
Inaba
,
K.
Hosaka
,
M.
Yasuda
,
A.
Onae
,
T.
Suzuyama
,
M.
Amemiya
, and
F. L.
Hong
,
Appl. Phys. Express
7
,
012401
(
2014
).
15.
S.
Fang
,
H. Q.
Chen
,
T. Y.
Wang
,
Y. Y.
Jiang
,
Z. Y.
Bi
, and
L. S.
Ma
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
231118
(
2013
).
16.
I.
Coddington
,
W. C.
Swann
,
L.
Lorini
,
J. C.
Bergquist
,
Y.
Le Coq
,
C. W.
Oates
,
Q.
Quraishi
,
K. S.
Feder
,
J. W.
Nicholson
,
P. S.
Westbrook
,
S. A.
Diddams
, and
N. R.
Newbury
,
Nat. Photonics
1
,
283
(
2007
).
17.
A.
Bartels
,
C. W.
Oates
,
L.
Hollberg
, and
S. A.
Diddams
,
Opt. Lett.
29
,
1081
(
2004
).
18.
H. S.
Moon
,
E. B.
Kim
,
S. E.
Park
, and
C. Y.
Park
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
181110
(
2006
).
19.
D. S.
Wu
,
R.
Slavík
,
G.
Marra
, and
D. J.
Richardson
,
J. Lightwave Technol.
31
,
2287
(
2013
).
20.
A.
Fragkos
,
A.
Bogris
,
D.
Syvridis
, and
R.
Phelan
,
IEEE Photonics Technol. Lett.
24
,
28
(
2012
).
21.
H. Y.
Ryu
,
S. H.
Lee
,
W. K.
Lee
,
H. S.
Moon
, and
H. S.
Suh
,
Opt. Express
16
,
2867
(
2008
).
22.
H. Y.
Ryu
,
S. H.
Lee
,
E. B.
Kim
,
H. S.
Suh
, and
H. S.
Moon
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
141107
(
2010
).
23.
H. S.
Moon
,
H. Y.
Ryu
,
S. H.
Lee
, and
H. S.
Suh
,
Opt. Express
19
,
15855
(
2011
).
24.
Y. J.
Kim
,
Y.
Kim
,
B. J.
Chun
,
S.
Hyun
, and
S. W.
Kim
,
Opt. Express
17
,
10939
(
2009
).
25.
C.
Benko
,
T. K.
Allison
,
A.
Cingooz
,
L. Q.
Hua
,
F.
Labaye
,
D. C.
Yost
, and
J.
Ye
,
Nat. Photonics
8
,
530
(
2014
).
26.
E.
Peters
,
S. A.
Diddams
,
P.
Fendel
,
S.
Reinhardt
,
T. W.
Hänsch
, and
Th.
Udem
,
Opt. Express
17
,
9183
(
2009
).
27.
F. M.
Mitschke
and
L. F.
Mollenauer
,
Opt. Lett.
11
,
659
(
1986
).
28.
Q. F.
Xu
,
H.
Liu
,
B. Q.
Lu
,
Y. B.
Wang
,
M. J.
Yin
,
D. H.
Kong
,
J.
Ren
,
X.
Tian
, and
H.
Chang
,
Chin. Opt. Lett.
13
,
100201
(
2015
).
29.
J. S.
Lawrence
and
D. M.
Kane
,
Opt. Commun.
167
,
273
(
1999
).
30.
M.
Yamada
,
J. Appl. Phys.
66
,
81
(
1989
).
31.
F.
Gao
,
H.
Liu
,
P.
Xu
,
X.
Tian
,
Y. B.
Wang
,
J.
Ren
,
H. B.
Wu
, and
H.
Chang
,
AIP Adv.
4
,
027118
(
2014
).
You do not currently have access to this content.