СИНХРОНИЗАЦИЯ МОД НА ОСНОВЕ НЕЛИНЕЙНОГО ВРАЩЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ В ГАНТЕЛЕВИДНОМ ЭРБИЕВОМ ЛАЗЕРЕ Текст научной статьи по специальности «Физика»

DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-106-107

СИНХРОНИЗАЦИЯ МОД НА ОСНОВЕ НЕЛИНЕЙНОГО ВРАЩЕНИЯ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ В ГАНТЕЛЕВИДНОМ ЭРБИЕВОМ ЛАЗЕРЕ

Зверев А.Д.1'2 , Камынин В.А.2, Цветков В.Б.2

1МГУ имени М.В.Ломоносова, Россия 2Институт общей физики имени А.М. Прохорова Российской академии наук, Россия

E-mail: izverevad@gmail. com

Волоконные лазеры, работающие в режиме пассивной синхронизации мод, широко используются, как источники ультракоротких импульсов (УКИ) [1]. Различные режимы генерации УКИ применяются в спектроскопии высокого разрешения [2], оптической связи [3], когерентной томографии [4], атомных часах [5]. Пакеты УКИ часто используют для микро-обработки материалов [6]. Существует несколько способов получения пассивной синхронизации мод в волоконных лазерах. Из них: использование эффекта нелинейного вращения плоскости поляризации (НВПП), применение в резонаторах насыщающихся поглотителей. При создании волоконных лазеров, работающих в диапазоне длин волн около 1.55 мкм, используют эрбиевые, эрбий-итербиевые волокна.

В представленной работе проводилось исследование режимов генерации гантелевидного эрбиевого лазера, работающего в режиме пассивной синхронизации мод за счет эффекта НВПП. Схема лазера изображена на рис. 1.

50/50 \ @1550 нм V^^J

Выход

ПД

980/1550 Мультиплексор —-С

[ 974 нм ]

J

КП КП

Циркулятор

V-N

КП

Рис. 1. Схема волоконного эрбиевого лазера. ПД - поляризационный делитель;

КП - контроллеры поляризации

Оптический разветвитель (каплер) 50/50, замкнутый с одной из сторон, является сильно отражающим зеркалом. Роль второго, частично прозрачного зеркала играет оптический циркулятор с соединенными через поляризационный делитель первым и третьим каналами (излучение в циркуляторе распространяется из первого канала во второй и из второго в третий). Излучение из резонатора выводится через поляризационный делитель, следовательно коэффициент отражения второго зеркала зависит от поляризации света в нем. Для возможности её изменения, в схеме присутствуют три контроллера поляризации (КП). Накачка трех метров эрбиевого волокна осуществляется лазерным диодом на длине волны 974 нм. Синхронизации мод возникает за счет эффекта нелинейного вращения плоскости поляризации. Добротность резонатора из-за наличия в нем поляризационного делителя, изменялась с помощью контроллеров поляризации. Из-за различных соотношений добротности резонатора и поляризации излучения в резонаторе, необходимой для возникновения пассивной синхронизации мод, возможно получение различных режимов генерации ультракоротких импульсов. Отличительной особенностью данной схемы является наличие линейной части резонатора, в которую помещено активное волокно, из-за этого можно использовать уменьшенную длину активного волокна по сравнению с обычной кольцевой схемой [1], так как во время одного прохода резонатора импульсы дважды проходят активную часть.

106

№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru

Было зафиксировано несколько стабильных режимов генерации в зависимости от положений контроллеров поляризации. Так 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, при мощности накачки 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 изображены на 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).

а) 1,0ч и

я 0,6

о

" 0,4

0,2

00

в) 1,0

0,4 0,2-

Д)

ч

и

Я 0,6

то

0,4 ' ' 0,6 t, мке

08 1,0

100 125

t, нс

50 175 200

3

Рис. 2. Временные и спектральные характеристики излучения в различных режимах генерации. (а), (б) - Одноимпульсная генерация; (в), (г) - генерация троек импульсов; (д), (е) - пакетная генерация

-30

0,8-

Н 0,6-

50

0,8-

0,4

0,2

Таким образом, в нашей работе удалось исследовать различные режимы генерации УКИ в эрбиевом волоконном лазере с гантелевидным резонатором и переменной добротностью.

Работа выполнена на базе Научного центра мирового уровня «Фотоника» при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (№ 075-15-2020-912).

Литература

1. Kobtsev S. et al, Opt. Fiber Technol. 20(6), 615-620 (2014)

2. Potma E. et al, Opt. Lett. 27(13), 1168-1170 (2002)

3. Sardesai H. et al, J. Light. Technol. 16(11), 1953(1998)

4. Nishizawa N. et al, Opt. Lett. 29(24), 2846-2848 (2004)

5. Udem T, Holzwarth R. & Hänsch T, Nature 416(6877), 233-237(2002)

6. Obata K., Caballero-Lucas F. & Sugioka K., 16(1), 19-23 (2021)

№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru

107