CC BY
9ВКВО-2023- РАДИОФОТНИКА И ФИС
САМОЗАПУСКАЮЩАЯСЯ ГЕНЕРАЦИЯ ЧАСТОТНЫХ ГРЕБЕНОК В ВОЛОКОННОМ ЛАЗЕРЕ С ИНТЕГРИРОВАННЫМ КОЛЬЦЕВЫМ МИКРОРЕЗОНАТОРОМ
11 2 1 2 Мкртчян А.А. *, Али З. , Дмитриев Н. , Насибулин А.Г. , Биленко И.А. ,
Гладуш Ю.Г. 1
1 Сколковский институт науки и технологий, г. Москва 2 Российский квантовый центр, г. Москва * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-89-90
Оптические частотные гребенки \ созданные на базе микрокольцевых резонаторов, привнесли революционные изменения в области спектроскопии, связи, метрологии, а также в квантовых вычислениях 2, квантовой обработке данных 3, квантовых источниках 4 и других областях. Одним из важных открытий в этой области были временные солитоны в микрорезонаторах - устойчивые и изолированные волны, которые уравновешивают себя благодаря нелинейным фазовым сдвигам и дисперсии 5. Тем не менее, хотя солитоны на интегральных фотонных чипах обладают огромным потенциалом, они все еще сталкиваются с определенными проблемами, затрудняющими их практическое применение. Одной из таких проблем является низкая эффективность преобразования мощности накачки в солитон, которая ограничивается теоретическим пределом 5% 6. Кроме того, достижение солитонного состояния требует сложной ручной настройки, и автономный запуск этих устройств до сих пор остается сложной задачей.
Недавно было предложено решение указанных проблем встраивая интегральный чип в резонатор волоконного лазера. Объединение свойств волоконных лазеров и микрорезонаторов позволило достичь впечатляющих результатов. Например, исследование, проведенное в работе 7 продемонстрировало солитонные гребенки шириной 50 нм с эффективностью перекачки эенергии в 75%. В другой работе, проведенной Максвеллом и его коллегами, использовалась медленная нелинейность в волоконном лазере, которая возникает благодаря наличию микрорезонатора. Этот метод позволил генерировать самозапускающиеся солитоны, устойчивые к возмущениям и спонтанно восстанавливающиеся после разрушения импульсов 8. Для этого подхода авторы использовали четырехпортовый кольцевой микрорезонатор интегрированный в волоконный резонатор. Тем не менее, в данном подходе 25% мощности остается в непрерывном сигнале, а спектр ограничен спектральным окном усиления эрбиевого волокна.
(а)
Диод накачки
Золотое зеркало
Эрбиевое волокно
Кольцевой микрорезонатор
(б)
2 LC
Ч
о
0
1
3
от X
i, m
^^^ 1111111 Л__
1400 1450 1500 1550 1600 1650
Рис. 1. а. Волоконный лазер с интегрированным резонатором. б. Спектр частотной гребенки
при 4 мВт внутрирезонаторной мощности
В данной работе впервые мы продемонстрировали генерацию частотных гребенок в системе волоконного лазера с интегрированным кольцевым резонатором, который является источником солитонов и одновременно выполняет функцию отражающего зеркала Рис.1.а. Этот метод полностью блокирует непрерывное излучение в лазерной системе, и соответственно, вся генерируемая мощность перекачивается в частотную гребенку. В результате была достигнута самозапускающаяся генерация
ВКВО-2023- РАДИОФОТОНИКА И ФИС
солитонов с шириной спектра более 200 нм, что существенно превышает окно усиления эрбия (см. рис. 1.б.).
Литература
1. Kippenberg, T. J., et al. Sc. Science (80-.). 332, 555-559 (2011)
2. Menicucci, N. C, et al. Phys. Rev. Lett. 101, 130501 (2008)
3. Lu, H. H., et al. IEEE Photonics Technol. Lett. 31, 1858-1861 (2019)
4. Kues, M. et al. Nat. 2017 5467660 546, 622-626 (2017)
5. Herr, T. et al. Nat. Photonics 2013 82 8, 145-152 (2013)
6. Xue, X., et al. Laser Photon. Rev. 11, 1600276 (2017)
7. Bao, H. et al. Nat. Photonics 2019 13613, 384-389 (2019)
8. Rowley, M. et al. Nat. 2022 6087922 608, 303-309 (2022)
