CC BY
118-10 декабря 2020 г.
Влияние параметров углеродных нанотрубок на режим пассивной синхронизации мод в тулиевом волоконном лазере
Зверев А.Д.1'2, Камынин В.А.1'2, Трикшев А.И.1,
1 3
Арутюнян Н.Р. , Мастин А.А.
1-Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук
2- Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
3- Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва
Е-mail: izverevad@gmail. com
Волоконные лазеры, генерирующие ультракороткие импульсы в двухмикронном диапозоне длин волн имеют множество применений. Их используют в медицине [1], промышленности [1], микроскопии [2], для генерации суперконтинуума [3]. Ультракороткие импульсы в волоконном лазере можно получить с помощью реализации режима пассивной синхронизации мод. Данный режим может быть получен за счет нелинейных эффектов: нелинейного вращения плоскости поляризации [4], нелинейного кольцевого зеркала [5], или внедрения в резонатор лазера насыщающихся поглотителей: полупроводниковых зеркал с насыщающимся поглотителем [6], углеродных нанотрубок [7], графена [8].
Для получения пассивной синхронизации мод в нашей работе мы использовали несколько видов углеродных нанотрубок. Нами исследовалось влияние количества слоев и коэффициента пропускания углеродных нанотрубок на качество и стабильность генерации тулиевого волоконного лазера с гантелевидным резонатором. Параметры углеродных нанотрубок указаны в таблице 1.
Схема экспериментальной установки изображена на рисунке 1(а). Накачка волокна, легированного ионами тулия, осуществляется через мультиплексор (WDM) на длине волны 1550 нм. Роли зеркал в резонаторе выполняют оптические делители, замкнутые с одной стороны (Оптический делитель 50/50 — стопроцентное зеркало; Оптический делитель 90/10 — частично
ЛАЗЕРНАЯ ФИЗИКА И ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА
прозрачное сорокапроцентное зеркало). Пассивную синхронизацию мод обеспечивают помещенные между разъемами одностенные углеродные нанотрубки (УНТ).
Таблица 1
Параметры углеродных нанотрубок
№ образца Пропускание одного слоя (в %) в режиме
ненасыщенном насыщения
61 76 97
62 65 95
64 38 87
б)
1,0
е0,8
! 0,6 £
° 0,4 0,2
и
0,0
Лг
IV
1л,
Ш
1л.
Ш
«V
и
; 0,1
1д_
-400,0п -200,0п
0,0 t,c
200,0п 400,0п
1890 1900 1910
Длина волны,нм
Рис. 1. а) Схема тулиевого лазера с гантелевидным резонатором.
КП - контроллер поляризации; ОУНТ - одностенные углеродные нанотрубки; Тт - оптическое волокно, легированное ионами тулия. б) Временные характеристики выходного излучения. в) Спектральные характеристики выходного излучения.
При использовании одного слоя нанотрубок № 61 не удалось получить стабильный режим синхронизации мод. Добавление второго слоя увеличило стабильность, но в выходном излучении, как и в случае использования одного слоя нанотрубок № 62,
в)
8-10 декабря 2020 г.
присутствовала значительная часть непрерывного излучения. Наиболее стабильный режим генерации был получен при использовании двух слоёв нанотрубок № 62. Общее пропускание обоих слоев в ненасыщенном режиме было равно 39 %. Была получена стабильная импульсная генерация с частотой повторения импульсов 8.9 МГц. Временные и спектральные характеристики выходного излучения изображены на рисунке 1(б) и 1(в) соответственно. Средняя выходная мощность была равна 2.77 мВт. Длительность импульсов была равна 1.1 пс. Используя один и два слоя нанотрубок № 64, так же были получены режимы одночастотной синхронизации мод, но при более высокой мощности накачки (в сравнении с применением нанотрубок № 62).
1. Kerse C. et al. Nature. 2016, 537(7618), 84-88.
2. Potma E.O. et al. Optics letters. 2002, 27(13), 1168-1170.
3. Sobon G. et al. Optical Materials Express. 2014, 4(1), 7-15.
4. Matsas V.J. et al. Electronics Letters. 1992, 28(15), 1391-1393.
5. Duling I.N. Optics letters. 1991, 16(8), 539-541.
6. Kivisto S., Okhotnikov O.G. IEEE Photonics Technology Letters. 2011, 23(8), 477-479.
7. Filatova S.A. et al. Quantum Electronics. 2019, 49(12), 1108.
8. Sotor J. et al. Optics Express. 2014, 22(5), 5536-5543.
