CC BY
9МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ
19-21 октября 2021 г
Генерация ультракоротких импульсов на основе нелинейного вращения плоскости поляризации в гантелевидном эрбиевом волоконном лазере
Ультракороткие импульсы (УКИ) лазерного излучения применяются в различных областях науки и техники [1]. Их используют в когерентной томографии [2], оптической связи [3], спектроскопии высокого разрешения [4], атомных часах [5]. Для микро-обработки материалов зачастую необходимы пакетные режимы генерации УКИ [6]. Одним из способов получения УКИ в волоконных лазерах является реализация режима пассивной синхронизации мод за счёт эффекта нелинейного вращения плоскости поляризации (НВ1III).
В данной работе исследовались различные режимы генерации УКИ в гантелевидном эрбиевом волоконном лазере, работающем в режиме пассивной синхронизации мод за счёт эффекта НВПП. Схема лазера изображена на рис. 1.
Рис. 1. Схема волоконного эрбиевого лазера. ПД - поляризационный делитель; КП - контроллеры поляризации.
Зверев А.Д., Камынин В.А.
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва
Е-mail: izverevad@,gmail. сот
™™дыГу™ лазерная физика и волоконная оптика
Циркулятор с соединёнными через поляризационный делитель первым и третьим каналами (излучение в циркуляторе распространяется из первого канала во второй и из второго в третий) является частично прозрачным зеркалом. Излучение из резонатора выводится через поляризационный делитель, следовательно, коэффициент отражения этого зеркала зависит от поляризации света в нём. Для возможности её изменения в схеме присутствуют три контроллера поляризации (КП). Роль второго, сильно отражающего зеркала играет оптический разветвитель (каплер) 50/50, замкнутый с одной из сторон. Из-за различных соотношений добротности резонатора (коэффициента отражения первого зеркала) и поляризации излучения, необходимой для пассивной синхронизации мод, возможно получение различных режимов генерации УКИ. Накачка трёх метров эрбиевого волокна осуществляется лазерным диодом на длине волны 974 нм. Наличие линейной части резонатора позволяет использовать уменьшенную длину волокна, легированного ионами эрбия, по сравнению с обычной кольцевой схемой [1], так как во время одного прохода резонатора импульсы дважды проходят активную часть.
Было зафиксировано несколько стабильных режимов генерации. При мощности накачки 48 мВт был получен режим одноимпульсной синхронизации мод (в резонаторе распространяется один импульс). Мощность излучения в данном случае была равна 5 мВт. Временные характеристики и спектр излучения изображены на рис. 2 (а) и (б) соответственно. Изменив положение контроллера поляризации, и уменьшив мощность накачки до 27 мВт, был получен режим генерации троек импульсов (рис. 2 (в)), с эквидистантным по времени расстоянием между импульсами равным 20 нс. Средняя мощность выходного излучения в данном случае была равна 2.3 мВт. Спектральные характеристики излучения иллюстрирует рис. 2 (г). Дополнительно изменяя положения контроллеров поляризации при мощности накачки равной 190 мВт, был получен режим генерации пакетов УКИ (средняя мощность 12 мВт). Внутри пакета период следования импульсов не превышал 2 нс, временное расстояние между пакетами было равно 20 нс (рис. 2 (д)). Спектр излучения представлен на рис. 2 (е).
ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
-------------1Е НЕДЕЛИ»
19-21 октября 2021 г.
дО.В-g 0.6-
200 400
■HMiki....... l.
4 0,8
В о.б
1000 1540 1550 1560 1 570 1580 1590 1600 Длина волны, нм
г)
25 50 75 100 125 150 175 200 1540 1550 1 560 1570 1580 1 590 t. нс Длина волны, нм
е)
LA
100 150 200 1 540 1 550 1560 1570 1 580 1590 1600
1, нс Длина волны, нм
Рис. 2. Временные и спектральные характеристики излучения в различных режимах генерации. (а), (б) — одноимпульсная генерация; (в), (г) — генерация троек импульсов; (д), (е) — пакетная генерация.
Таким образом в нашей работе были исследованы одноимпульсный, трёхимпульсный и пакетный режимы генерации УКИ в эрбиевом волоконном лазере с гантелевидным резонатором. Средние мощности выходного излучения были равны 5, 2.3 и 12 мВт соответственно для первого (рис. 2а, б), второго (рис. 2в, г) и третьего режимов (рис. 2д, е).
1. Kobtsev S., Smimov S., Kukarin S., et al. Opt. Fiber Technol. 2014, 20(6), 615-620.
2. Nishizawa N., Chen Y., Hsiung P., et al. Opt. Lett. 2004, 29(24), 28462848.
3. Sardesai H.P., Chang C.C., and Weiner A.M. J. Light. Technol. 1998, 16(11), 1953.
4. Potma E., Jones D.J., Cheng J.-X., et al. Opt. Lett. 2002, 27(13), 11681170.
5. Udem T., Holzwarth R., & Hansch T., Nat. 2002, 416(6877), 233-237.
6. Obata K., Caballero-Lucas F., & Sugioka K. J. Laser Micro Nanoeng. 2021, 16(1), 19-23.
