CC BY
8ВКВ0-2023- ЛАЗЕРЫ
ЭРБИЕВЫЙ ИСТОЧНИК УЛЬТРАКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ
С ГИГАГЕРЦОВЫМИ ЧАСТОТАМИ ПОВТОРЕНИЯ
*
Зверев А.Д. , Камынин В.А., Цветков В.Б.
Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН, г. Москва * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-221-222
Волоконные лазеры, работающие в режиме пассивной синхронизации мод, широко используются, как источники ультракоротких импульсов (УКИ) [1]. Существует несколько способов получения пассивной СМ. Из них: использование эффекта нелинейного вращения плоскости поляризации (НВПП) [2], применение в резонаторах нелинейных кольцевых зеркал [3], насыщающихся поглотителей, таких как графен [4], топологические изоляторы [5], углеродные нанотрубки [6], полупроводниковые зеркала SESAM [7]. Высокочастотные источники с субгигагерцовой и гигагерцовой частотой повторения УКИ востребованы для различных приложений, источники терагерцового излучения [8], перспективные широкополосные телекоммуникационные системы [9] микроскопия высокого разрешения [10] и т.д. В спектральной области 1,5 мкм такую частоту повторения можно получить за счет сильного уменьшения длины резонатора лазера [11] или реализации режима гармонической синхронизации мод [12].
В нашей работе мы исследовали возможность генерации УКИ с высокой частотой повторения, реализуя гармоническую синхронизацию мод в эрбиевом волоконном лазере с кольцевой схемой резонатора (рис. 1), за счет эффекта НВПП. А) Б)
Выход Выход
Рис. 1. Схемы эрбиевого волоконного лазера с кольцевым резонатором
Накачка эрбиевого волокна осуществлялась лазерным диодом на длине волны 974 нм. Интенсивности поглощения эрбиевого волокна в максимуме на длинах волн 975 нм и 1535 нм были равны 10 дБ/м и 12.7 дБ/м соответственно. Изначально направленность генерации обеспечивалась наличием в схеме оптического циркулятора (излучение в циркуляторе распространяется из первого канала во второй и из второго в третий) (рис. 1 (А)). Излучение из резонатора выводилось через поляризационный делитель. Для возможности подстройки режимов генерации и изменения состояния поляризации света в резонаторе присутствовало два контроллера поляризации (КП).
При мощности накачки 32 мВт начиналась генерация на основной частоте, равной обратному времени обхода резонатора 24 МГц. Мощность излучения на выходе в данном случае составляла 0.34 мВт. Дальнейшее увеличение накачки и подстройка поляризации позволяли получить гармоническую синхронизацию мод высоких порядков с частотами повторения УКИ в диапазоне от 1.7 до 9 ГГц. Максимальная частота в данном случае равная 9024 МГц (376-ая гармоника) наблюдалась при мощности накачки 573 мВт. На рис. 2 (А) изображен радиочастотный спектр сигнала. Отношение сигнала к шуму (S/N) не превышало 20 дБ.
Для увеличения частоты повторения импульсов циркулятор был заменен на изолятор, таким образом внутрирезонаторные потери были уменьшены на 30 процентов (рис. 1 (Б)). Основная частота повторения импульсов уменьшилась до 23 МГц. В данном случае при меньшей мощности накачки 420 мВт был получен стабильный режим генерации УКИ с частотой повторения 23 ГГц. В таблице 1 представлено сравнение характеристик на основной и максимальной частотах следования импульсов лазера до и после модернизации.
ВКВО-2023- ЛАЗЕРЫ
Б)
Частота 9.024 ГГц
' Мощность излучения на выходе 43 мВт - Мощность накачки 573 мВт
S/N=17 дБ
■а
15 -20
-25 Н -30 -35 А
Й
о
о »
09
5
О
ас ©
6 -40-1 К
-45 --50
Частота 23.253 ГГц Мощность излучения на выходе44 мВт Мощность накачки 420 мВт
S/N = 22 дБ
LiJuJIIlii
6 8 10 12 14 16 С
Частота, ГГц
Рис. 2. Радиочастотные спектры сигналов с максимальными частотами повторения для лазера с циркулятором (А) и изолятором (Б)
8 12 16 20 Частота, ГГц
24
Таблица 1
Схема Мощность Выходная Частота Номер
накачки, мВт мощность, мВт повторения импульсов, МГц гармоники
А 45 0.34 24 1
573 43 9024 376
Б 39 0.2 23 1
420 44 23253 1011
А)
Таким образом, в данной работе были получены режимы генерации с частотами повторения УКИ в диапазоне от 1.7 до 9 ГГц, а при оптимизации потерь в резонаторе при меньшей мощности накачки частота была увеличена до 23.253 ГГц.
Работа поддержана РНФ (грант № 23-79-30017).
Литература
1. Kobtsev S., et al, Opt. Fiber Technol. 20(6), 615-620 (2014)
2. Matsas V. J., et al, Electronics Letters, 28(15), 1391-1393 (1992)
3. Duling I. N. Opt. Lett., 16(8), 539-541(1991)
4. Sotor J., et al, Optics Express, 22(5), 5536-5543 (2014)
5. Yin K., et al, Photonics Research, 3(3), 72-76 (2015)
6. Filatova S. et al, Quantum Electronics, 49(12), 1108 (2019)
7. Kivisto S., et al, IEEE Photonics Technology Letters, 23(8), 477-479 (2011)
8. Lohner, A., et al, Applied Physics B 59.2, 211-213 (1994)
9. D. N. Payne, Fiber Integr. Opt., 11(3), 191-219 (1992)
10. E.O. Potma, et al, Opt. Lett. 27, 1168 (2002)
11. Martinez A., et al,. Optics express, 19(7), 6155-6163 (2011)
12. Trikshev, Anton Igorevich, et al. Quantum Electronics 48(12),1109 (2018)
