Effects of external tunable optical feedback on linewidth and stability of a semiconductor mode-locked laser

In this thesis we investigate the effects of external tunable optical feedback on the linewidth and stability of a semiconductor mode-locked laser, through a silicon photonic integrated circuit. We aim to find a stabilization method which exploits tuning of feedback amplitude and phase to reduce the linewidth of the lines of the comb, i.e. reducing phase noise which affects the stability of the laser. A detailed characterization of every photonic devices integrated in the PIC is presented and an experimental analysis of feedback regimes is shown. In particular, the positive effects of filtered feedback when the laser operates in a bad mode-locking condition is shown, when two neighbor lines of the comb are separately filtered in two feedback branches and reflected back to the laser, reaching a reduction of both optical and RF linewidth.

Lo scopo di questa tesi e' quello di analizzare l'effetto del feedback ottico esterno, applicato attraverso un circuito fotonico integrato, sulla larghezza di riga a sulla stabilita' di un laser mode-locked a semiconduttore. L'obiettivo e' trovare un metodo di stabilizzazione che sfrutti il regolamento dell'ampiezza e della fase del feedback per ridurre la larghezza delle linee dello spettro a pettine del laser, cioe' ridurre il rumore di fase che ne inficia la stabilita'. Ogni dispositivo fotonico integrato nel PIC viene caratterizzato e i regimi del feedback sono analizzati sperimentalmente. In particolare vengono messi in risalto gli effetti positivi del feedback quando il laser opera in una condizione di mode-locking non ottima, filtrando separatamente due linee vicine dello spettro, grazie ai risonatori ad anello, nei due bracci del feedback che, dopo essere state riflesse, causano una riduzione della larghezza di linea sia ottica che RF.