CC BY
14DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-98-99
УПРАВЛЕНИЕ СОЛИТОННЫМИ МОЛЕКУЛАМИ В ФЕМТОСЕКУНДНОМ ВОЛОКОННОМ ЛАЗЕРЕ
Андрианов А.В.
Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород E-mail: alex. v. andrianov@gamil. com
Генерация связанных состояний диссипативных солитонов в лазерах привлекает внимание исследователей в силу важности фундаментальных аспектов нелинейной динамики данного процесса, а также возможностей практического применения для получения последовательностей импульсов со сверхвысокой частотой повторения. Связанные состояния диссипативных солитонов, которые также называют солитонными молекулами или солитонными кристаллами, продемонстрированы во многих лазерных системах, основанных на лазерах с синхронизацией мод и пассивных нелинейных микрорезонаторах [1]. В волоконных лазерах с синхронизацией мод и внутрирезонаторным интерферометром Маха-Цандера наблюдалось формирование солитонных молекул и высокочастотных последовательностей с перестраиваемой эффективной частотой повторения [2].
В данной работе мы исследовали возможности управления солитонными молекулами, генерируемыми в фемтосекундном волоконном лазере, с помощью управляемого впрыска в лазерный резонатор одиночных импульсов от внешнего источника. Схема экспериментальной установки показана на Рис. 1. В эрбиевом волоконном лазере с насыщающимся поглотителем в виде петлевого нелинейного усиливающего зеркала и внутрирезонаторным несимметричным волоконным интерферометром Маха-Цандера [2] формировались солитонные молекулы, состоящие из большого числа (до 250) одинаковых фемтосекундных диссипативных солитонов, расстоянием между которыми определялось разностью задержек в плечах интерферометра. Также в данном лазере наблюдалось формирование связанных состояний, состоящих их нескольких пар импульсов с высокой амплитудой (Н-импульсов) и импульсов с низкой амплитудой (L-импульсов). Управляющие оптические импульсы генерировались с помощью стробирующего лазера с синхронизацией мод на основной частоте повторения, близкой к фундаментальной частоте резонатора исследуемого лазера (25 МГц). Импульсы усиливались в волоконном эрбиевом усилителе и через акустооптический модулятор (АОМ) запускались в резонатор исследуемого лазера. Была разработана специальная схема формирования одиночного лазерного импульса, который можно запустить в резонатор лазера в выбранный момент времени относительно циркулирующей в резонаторе последовательности импульсов. Мониторинг импульсной последовательности, генерируемой в исследуемом лазере, производился с помощью быстродействующего осциллографа и с помощью системы оптического стробирования (на схеме не показана) [3].
Рис. 1. Схема экспериментальной установки для исследования управления солитоными молекулами
при инжекции импульса в резонатор
98
№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
Рис. 2. Динамика солитонной молекулы после инжекции импульсов в резонатор: присоединение инжектированных в резонатор импульсов к солитонной молекуле
Были исследованы возможности присоединения импульсов к солитонной молекуле, уничтожения и переключения импульсов. Лазер был настроен на относительно невысокую эффективную частоту повторения импульсов в солитонной молекуле 6 ГГц, что позволяло наблюдать на осциллографе динамику солитотонной молекулы после впрыска импульса. Длительность впрыскиваемого импульса составила около 1 пс, энергия регулировалась от 0 до 1 нДж. В первом эксперименте исследовалась возможность присоединения дополнительных импульсов к существующей солитонной молекуле. Для этого положение впрыскиваемого импульса выбиралось перед солитонной молекулой на расстоянии около 0-500 пс. При правильно подобранной энергии импульса после впрыска в резонаторе формируется еще один диссипативный солитон, который начинал дрейфовать в направлении увеличения времени (см. Рис. 2). Далее новый солитон пристыковывался к переднему фронту солитонной молекулы. Процесс мог быть повторен многократно, в результате можно было собрать достаточно длинную солитонную молекулу. Предельная длина собираемой таким образом молекулы определялась максимальным числом импульсов, которые могут поддерживаться в резонаторе при заданном уровне мощности накачки. Далее были исследованы возможности уничтожения и переключения типа импульсов в молекуле. Для этого импульс впрыскивался в резонатор внутрь существующей солитонной молекулы. При этом наблюдались следующие процессы: переключение состояния импульсов с H-L пары в Н-импульс (наиболее часто), переключение H-импульса в H-L пару (реже), аннигиляция H-L пары или H-импульса с укорочением молекулы (редко). Данные процессы носили вероятностный характер и существенно зависели от энергии впрыскиваемого импульса и его точного положения. После модификации солитонной молекулы расстояние между импульсами в ней может быть изменено в диапазоне от 5 пс до 160 пс с помощью подстройки внутрирезонаторного интерферометра. Таким образом, экспериментально исследована возможность управления солитонными молекулами, генерируемыми в волоконном лазере, с помощью впрыска в резонатор фемтосекундного импульса от внешнего источника. Продемонстрированы возможности присоединения инжектируемого импульса к существующей солитонной молекуле, уничтожения импульсов и преобразования типов импульсов в солитонной молекуле под действием инжектируемого импульса.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (№ 17-72-10236) и гранта Правительства Российской Федерации для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых (Мегагрант), № договора 14.W03.31.0032.
Литература
1. Grelu P., Akhmediev N., Nat. Photon. 6, 84 (2012)
2. Andrianov A.V. et al. Quantum Electron. 46, 387 (2016)
3. AndrianovA.V., Quantum Electron. 48, 378 (2018)
№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
99
