CC BY
9ВКВ0-2023- CTЕHДQBЫЕ
ГЕНЕРАЦИЯ ДВУХ ВОЛНОВЫХ ИМПУЛЬСОВ В ВОЛОКОННОМ ER/YB ЛАЗЕРЕ
1 2 1 1 12 Волков И.А. *, Камынин В.А. , Судьин А.В. , Юдин Н.А. , Ушаков С.Н. ' ,
Нищев К.Н. , Цветков В.Б.
1 Национальный исследовательский Мордовский государственный университет, Саранск, Россия 2Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН, Москва, Россия * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-419-420
Волоконный лазер с пассивной синхронизацией мод позволяют генерировать когерентные и стабильные сигналы, включая обычные и управляемые дисперсией солитоны, а также различные виды диссипативных солитонов. Фундаментальные знания и математические модели режима пассивной синхронизации мод волоконных лазеров были разработаны более трех десятилетий назад, однако в настоящее время интерес к изучению динамики отдельных импульсов, их стабильности и формированию многоимпульсных режимов чрезвычайно высок. Этот интерес мотивирован несколькими ключевыми целями, которые включают понимание перехода от шума к состоянию с синхронизацией мод в самозапускающихся лазерах с синхронизацией мод, минимизация флуктуаций в одноимпульсном режиме с синхронизацией мод с учетом генерации высококачественных частотных гребенок, а также поиск новых конструкций резонаторов, позволяющих генерировать импульсы высоких энергий.
В этой работе мы сообщаем о двух волновой генерации в волоконном лазере с пассивной синхронизацией мод на основе нелинейного вращения плоскости поляризации (НВ1 II I) как насыщающегося поглотителя в аномальной дисперсии, в котором генерация шумоподобных импульсов является наиболее обычным режимом работы [1].
Схема волоконного кольцевого лазера с длиной резонатора ~ 190 м представлена на рис.1. Резонатор включает в себя 3 м волокна, солегированного ионами
Er3+/Yb3+ (SM-EYDF -6/125 -HE
Nufem) и 180 м стандартного одномодового волокна E3 (АО «Оптиковолоконные Системы»). EYDCF накачивается многомодовым лазерным диодом BWT мощностью 4 Вт при 976 нм через (2+1)*1 сумматор накачки. Изолятор используется для обеспечения однонаправленного распространения оптического излучения. Поляризационный делитель вместе с двумя контроллерами поляризации позволяют реализовать режим синхронизации мод за счет НВПП.
EYDF 3 м
Ü-1 Вт@ П КовлЕзаимйр 97Й нм M 2*1 в 1
PF
ISO il
т
I Л Поляризационный у I делитель
Рис. 1. Схема экспериментальной установки
Оптические спектры выходных импульсов волоконно-кольцевого лазера регистрировался анализатором оптического спектра (Yokogawa AQ6370C): спектральный диапазон от 600 до 1700 нм, максимальное спектральное разрешение 0,02 нм. Последовательность импульсов регистрировалась с помощью высокоскоростного приемником излучения на основе InGaAs PIN-фотодиода (5 ГГц) и осциллографов GWINSTEK GDS-3000 (500Мгц) и Tektronix MSO 5204 (2ГГц).
1600 1620 1640
Длина волны, нм
Время» мкс
Рис.2. а) оптический спектр и б) осциллограмма импульсов
№6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОTОH-ЭKCПPЕCC-HAУKA 2023» [email protected]
4l9
ВКВ0-202 3 СТЕНДОВЫЕ
При мощности накачки 910 мВт наблюдалась двух волновая генерация, спектр которой показан на рис. 2а. Центральные длины волн для режима составили Х1= 1570 нм и ^2= 1612 нм. На рис. 2 (б) показана осциллограма устойчивых последовательностей импульсов с равномерным интервалом времени около 925 нс, что согласуется со временем обхода резонатора.
При мощности накачки 1,2 Вт регулировкой контроллеров поляризации достигались импульсы с двойной длиной волны. На рис. 3 (а) показан оптический спектр, полученный при мощности накачки 1,28Вт. Центры оптического спектра пики центрированы на Х1= 1563 и ^2= 1600 нм со спектральной шириной 3 нм и 6 нм на уровне 3 дБ, соответственно. При этом структура пиков оптического спектра отличается: оптический спектр компоненты с длиной волны 1563 нм гладкий, а для второй компоненты с длиной волны 1600 нм в оптическом спектре содержатся боковые пики Келли. Индентифицируя импульсы по спектру можно утверждать, что данный режим представляет собой шумоподобный импульс, сосуществующий с солитоном (или пачкой солитонов) [3]. Осциллограмма импульсов показана на вставке рис. 3 (а). Одиночный импульс в резонаторе имеет прямоугольную форму с крутыми краями и длительностью 5 нс, а частота повторения составила 1,1 МГц. Осциллограф, ограниченный частотой 2 ГГц, не позволил непосредственно наблюдать тонкую структуру пачки импульсов в режиме от импульса к импульсу.
Длина волны, нм Длина волны, нм
Рис.3. Оптические спектры при различной мощности накачки: а) 1,2 Вт; б) 1,38Вт
При увеличении мощности до 1,38 Вт без изменения положений контроллеров поляризации произошла трансформация двух волного имупльса, оптический спектр и осциллограма которого представлена на рис. 3, б. Оптические спектры компонент гладкие и не содержат боковых пиков Келли с длинами волн ^=1569 нм и Х2= 1614 нм, а ширина спектра на уровне 3дБ 6,3 и 5,7 нм, соответственно. Учитывая особенности спектра, данный режим представляет собой сосуществование двух шумоподобных импульсов. Стоит также отмеить, что осциллограма харектеризуется наличием двух импульсов с периодами соответсующими обходу резонатора. Между импульсами наблюдается задержка около 360 нс, что не соответствует половине времени обхода резонатора. Огибающая одного из импульсов имеет форму h-типа [4], а другого импульса - гауссову форму.
Представленные в данной работе экспериментальные результаты лазерной двухчастотной генерации в режиме самосинхронизации мод демонстрируют эволюцию характера импульса при увеличении мощности накачки от солитонного к шумоподобному режиму и переходу в режим гармонической синхронизации. Аналогичная динамика характерна и для лазеров с одной спектральной полосой генерации. Мы считаем, что эти результаты ставят новые задачи, которые могут стимулировать усилия по достижению понимая доминирующих механизмов, участвующих в сложной динамике волоконных лазеров с пассивной самосинхронизацией мод.
Литература
1. I.A. Volkov et.al. Quant. Electron, 50, 2, 153-156, 2020
2. M.Duran-Sanchez et al., Opt. Exp., 27, 9, 2019
3. H.E.Ibarra Villalon et.al., Laser Phys., 28, 6, 2018
4. J.Zhao et al., Opt. Lett., 43, 2, 247-250, 2018
420 №6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2023» [email protected]
