ГАРМОНИЧЕСКАЯ СИНХРОНИЗАЦИЯ МОД И ГЕНЕРАЦИЯ ПАЧЕК ИМПУЛЬСОВ В КОЛЬЦЕВОМ ГОЛЬМИЕВОМ ВОЛОКОННОМ ЛАЗЕРЕ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ГАРМОНИЧЕСКАЯ СИНХРОНИЗАЦИЯ МОД И ГЕНЕРАЦИЯ ПАЧЕК ИМПУЛЬСОВ В КОЛЬЦЕВОМ ГОЛЬМИЕВОМ ВОЛОКОННОМ ЛАЗЕРЕ

Филатова С.А. 1й, Камынин В.А. 1, Зверев А.Д. 1, Лобанов А.И. 1, Балакин П.В. 12, Гладуш Ю.Г. 3, Красников Д.В. 3, Насибулин А.Г. 3, Цветков В.Б. 1

1 Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, г. Москва 2МИРЭА - Российский технологический университет, г. Москва 3 Сколковский институт науки и технологий, г. Москва * E-mail: filatova@kapella.gpi. ru DOI10.24412/2308-6920-2023-6-223-224

Высокочастотные волоконные лазеры, работающие в режиме синхронизации мод и генерирующие излучение в спектральном диапазоне 2-3,5 мкм, востребованы для многочисленных применений в области науки и техники из-за ультракороткой длительности импульса и компактных размеров лазерных систем. Такие источники перспективны для генерации пачек ультракоротких импульсов, микрообработки полимеров, медицины, атмосферной связи и т.д. [1-3]. Кварцевое волокно, легированное ионами гольмия (Ho3), обладает широкой полосой усиления до 2,2 мкм и большим сечением излучения по сравнению с тулиевым волокном [4]. Простейшими методами увеличения частоты следования ультракоротких импульсов в волоконных лазерах с пассивной синхронизацией мод являются сокращение длины резонатора и гармоническая синхронизация мод (ГСМ) [5].

Данная работа посвящена исследованию различных типов пассивной синхронизации мод в гольмиевом волоконном лазере с кольцевым резонатором, и влияния топологии резонатора на гармоническую синхронизацию мод. Пассивная синхронизация мод была реализована тремя способами: на основе насыщающегося поглотителя в виде бесполимерных одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ), синтезированных аэрозольным методом [6], на основе нелинейного вращения плоскости поляризации (НВПП) и гибридной синхронизации мод [7].

Рис. 1. (а) Экспериментальная установка гольмиевого волоконного лазера, работающего в режиме синхронизации мод на основе НВПП, (б) осциллограмма режима генерации пачек ультракоротких импульсов (7 импульсов в пачке), (в) радиочастотный спектр для частоты следования 588 МГц

Резонатор гольмиевых волоконных лазеров состоял из 2 м активного волокна, легированного ионами гольмия (НоБР), волоконного ответвителя, контроллеров поляризации (КП), изолятора (ИЗО), поляризатора в случае синхронизации мод на основе НВПП как на Рис. 1(а), и разъемов FC/APC с насыщающимся поглотителем. В случае гибридной синхронизации мод, в одном резонаторе объединялись два типа насыщающихся поглотителей, искусственный (НВПП) и материальный (бесполимерные ОУНТ). Накачка гольмиевых лазеров осуществлялась иттербиевым (УЬ3+) волоконным лазером, работающим в непрерывном режиме на длине волны 1128 нм, через волоконный мультиплексор 1125/2100 нм. Длина резонаторов гольмиевых лазеров варьировалась от 7,5 до 9 м в зависимости от типа пассивной синхронизации мод и используемых оптических элементов, соответственно.

В случае синхронизации мод на основе НВПП была получена генерация пачек ультракоротких импульсов с возможностью варьирования числа импульсов и с частотой следования импульсов «1,4 ГГц внутри пачки (Рис. 1(б)). Максимальная частота следования импульсов, полученная при мощности накачки 2,9 Вт, составила 588 МГц с отношением сигнал/шум «50 дБ (Рис. 1(в)). В случае гибридной синхронизации мод максимальная частота следования импульсов, полученная при мощности накачки 3,2 Вт, составила 614 МГц с отношением сигнал/шум «60 дБ. В случае

синхронизации мод на основе насыщающегося поглотителя в виде бесполимерных ОУНТ получены одно- и двухволновая генерация, а также неустойчивая гармоническая синхронизация мод с частотой следования импульсов «166 МГц. Для каждого случая получены зависимости частоты следования импульсов и средней выходной мощности от мощности накачки.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-72-00126 (разработка и исследование характеристик гольмиевых волоконных лазеров).

Литература

1. Elahi P., et al., Opt. Lett, 42(19), 3808-3811 (2017)

2. Gattass R.R., Mazur E, Nat. Photon., 2(4), 219-225 (2008)

3. Kopyeva M.S., et al., Appl. Sci., 12(8), 3825 (2022)

4. Hemming A., et al., Opt. Fiber Technol., 20(6), 621-630 (2014)

5. Liu X., Pang M., Laser Photonics Rev., 13(9), 1800333 (2019)

6. Tian Y, et al., J. Phys. Chem. C, 115(15), 7309-7318 (2011)

7. Filatova S.A., et al., Quantum Elec., 48(12), 1113 (2018)