CC BY
7ВКВ0-2023- СТЕНДОВЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ ГАРМОНИЧЕСКОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ МОД В ВОЛОКОННОМ ER/YB ЛАЗЕРЕ С ДЛИНОЙ РЕЗОНАТОРА 310 М
1 1 2 1 12 Судьин А.В. *, Волков И.А. , Камынин В.А. , Юдин Н.А. , Ушаков С.Н. ' ,
Спирин А.В. 1, Золотовский И.О. 3, Нищев К.Н. 1, Цветков В.Б. 2, Власов М.Ю. 4
1 Национальный исследовательский Мордовский государственный университет, Саранск, Россия 2Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН, Москва, Россия 3 Ульяновский государственный университет, Ульяновск, Россия 4АУ «ТехнопаркМордовия», Саранск, Россия * E-mail address: aleksandr.sudin1999@mail.ru DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-439-440
Лазерные источники, способные генерировать импульсы с высокой частотой повторения, привлекательны в метрологии, генерации сигналов произвольной формы, спектроскопии и т.д. В настоящее время, для этих целей наиболее интересны волоконные лазеры с синхронизацией мод, которые способны генерировать такие импульсы в простой и компактной схеме. Частота повторения импульса в них уже достигает порядка ГГц [1]. При этом, когерентность, длительность, энергия импульсов, стабильность работы лазера также влияют на дальнейшее внедрение таких лазеров в прикладные области [2]. В связи с этим, исследование и поиск более совершенных систем в этом направлении по-прежнему актуален.
В данной работе сообщается о генерации нестационарных солитонов в режиме гармонической синхронизации мод в волоконном Er/Yb лазере с длиной резонатора 310 м.
Схема экспериментальной установки изображена на рис. 1. Она представляет собой волоконный эрбиевый лазер с пассивной синхронизацией мод на нелинейном вращении плоскости поляризации. Резонатор лазера представляет собой однонаправленное кольцо, включающее в себя: сумматор накачки с сигнальной жилой (2+1)х1, 3 м активного Er/Yb волокна с двойной оболочкой (Nufern), два кольца пассивного оптического волокна длиной 1 м, волоконного оптического изолятора, двух контроллеров поляризации, делителя поляризации, 300 м одномодового пассивного волокна El (AO "Оптиковолоконные системы", Саранск). Общая длина резонатора составляет 310 метров. Накачка осуществлялась многомодовым лазерным диодом BWT мощностью до 4 Вт с длиной волны 976 нм.
L Г} ч 7F>nm . -] -->
(ir": (g) ^-1
, SMF ' Ifn
PC2 PBS
■ s°
Рис. 1. Схема экспериментальной установки
Регистрация оптических спектров производилась спектроанализатором Yokogawa AQ6370C. Радиочастотные спектры регистрировались анализатором спектра GWINSTEK GSP-7830. Для регистрации последовательности импульсов использовались высокоскоростной приемник излучения на основе InGaAs PIN-фотодиода (5 ГГц) и осциллографы GWINSTEK GDS-3000 (500Мгц) и Tektronix MSO 5204 (2ГГц).
При мощности накачки 1,78 Вт и положении контроллеров поляризации соответствующем порогу генерации был получен режим пассивной синхронизации мод - №1, спектр и осциллограмма, которого представлены на рис. 2. Центральная длина волны 1567 нм, мощность - 48 мВт, ширина на 3 дБ - 0,397 нм, частота повторения импульсов - 678 кГц. Рассчитанное значение фундаментальной частоты из длины резонатора дает значение частоты повторения импульсов ~680 кГц, что соответствует значению на осциллограмме. Изменение положения угла контроллера поляризации при фиксированной мощности накачки приводит к переходу в режимы №2-5 гармонической синхронизации: 8, 5, 3 - гармоники. Стоит отметить, что при этом появились длинноволновые компоненты в области 1590 - 1605 нм. При уменьшении порядка гармоники не наблюдалось значительного изменения основной спектральной области генерации - 1555 - 1578 нм., в то время как интенсивность длинноволновой компоненты увеличивалась и спектрально уширялась. Последующий поворот лопасти контроллера поляризации привел к возвращению генерации на основной частоте
ВКВ0-202 3 СТЕНДОВЫЕ
обхода резонатора, но с измененной формой огибающей импульса. Режим №6 сопровождается максимальной интенсивностью длинноволновой компоненты и ее спектральным уширением. Такое изменение спектра генерации может быть обусловлено изменением пиковых мощностей отдельных импульсов.
Рис. 2. Гармоническая синхронизация мод: оптические спектры и осциллограммы
При мощности накачки диода Р = 1,78 Вт и настройке положения лепестков контроллеров поляризации реализуется режим высокой частоты модуляции, оптический спектр, осциллограмма сигнала выходного излучения лазера и радиочастотный спектр которого показаны на рис. 3. Данный режим характеризуется следующими параметрами: спектр излучения имел центральную длину волны 1568,5 нм, ширину оптического спектра на уровне 3 дБ - 0.9 нм и среднюю выходную мощность более 18 мВт. Выходное излучение амплитудно-модулировано с частотой 319,560 МГц при полуширине не более 5 кГц. На радиочастотном спектре, вместе с основной частотой, отчетливо проявляются компоненты, разнесенные между собой на частоту обхода резонатора. На осциллограммах видно, что излучение промодулировано еще более высокой частотой, но разрешение ограничено характеристиками прибора (2ГГц).
Длння волны (нм) Чястш я (МГц) " * I......„.....'
Рис. 3. Режим высокой частоты модуляции: а) оптический спектр, б) радиочастотный спектр, в) осциллограмма
В данной работе мы продемонстрировали волоконный лазер с пассивной синхронизацией мод, основанной на нелинейном вращении плоскости поляризации, с переходом в гармоническую синхронизацию мод до 8-порядка. Была исследована эволюция оптического спектра при переходе от пассивной синхронизации мод до 8-гармоники. Изменение порядка гармонической генерации сопровождается появлением длинноволновой компоненты излучения (смещение ~ 30нм).
Получен сверхвысокий порядок гармоники (470 или более), что соответствует частоте модуляции излучения 319,560 МГц. При этом спектр генерации демонстрирует отсутствие непрерывной составляющей. Мы предполагаем, что управление дисперсией и накопление высокой нелинейности в резонаторе для эффективного снижения порога расщепления нестационарных солитонов способствует появлению сверхвысокого порядка гармонической синхронизации мод.
Эти результаты ставят новые задачи, которые стимулируют усилия, по достижению понимая доминирующих механизмов, участвующих в сложной динамике волоконных лазеров с пассивной самосинхронизацией мод, и послужат отправной точкой для построения соответствующей математической модели.
Литература
1. J. Wu, et al, Appl. Phys. Express 12, 092002 (2019)
2. S.Sun, et al, Infrared Phys. Technol. 125, 104244 (2022)
