FI113503B - Menetelmä moodilukitun pulssijonon järjestämiseksi pumppumodulaation avulla - Google Patents
Menetelmä moodilukitun pulssijonon järjestämiseksi pumppumodulaation avulla Download PDFInfo
- Publication number
- FI113503B FI113503B FI20020467A FI20020467A FI113503B FI 113503 B FI113503 B FI 113503B FI 20020467 A FI20020467 A FI 20020467A FI 20020467 A FI20020467 A FI 20020467A FI 113503 B FI113503 B FI 113503B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- mode
- pump
- semiconductor
- attenuator
- laser
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
- H01S3/1106—Mode locking
- H01S3/1112—Passive mode locking
- H01S3/1115—Passive mode locking using intracavity saturable absorbers
- H01S3/1118—Semiconductor saturable absorbers, e.g. semiconductor saturable absorber mirrors [SESAMs]; Solid-state saturable absorbers, e.g. carbon nanotube [CNT] based
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/102—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
- H01S3/1022—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094076—Pulsed or modulated pumping
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
- H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/10038—Amplitude control
- H01S3/10046—Pulse repetition rate control
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
113507
Menetelmä moodilukitun pulssijonon järjestämiseksi pumppu-modulaation avulla
KEKSINNÖN ALA
5 Nyt esillä oleva keksintö liittyy moodilukittuihin kuitulasereihin yleensä, ja erityisesti passiivisen harmonisen moodilukitun pulssijonon stabiloi-miseksi tai lukitsemiseksi sähköiseen signaaliin. Kuitulaser käsittää välineet moodilukitun pulssijonon muodostamiseksi, välineet mainitun moodilukitun pulssijonon stabiloimiseksi sähköiseen signaaliin, puoli-10 johdevaimentimen, sekä pumpun, jolla voidaan optisesti moduloida puolijohdevaimentimen saturoitavissa oleva häviö mainitun moodilukitun pulssijonon muodostamiseksi. Keksintö koskee myös menetelmää moodilukitun pulssijonon stabiloimiseksi sähköiseen signaaliin, jossa puolijohdevaimentimen saturoitavissa olevaa häviötä moduloidaan 15 optisesti pumpulla mainitun moodilukitun pulssijonon muodostamiseksi. Keksintö koskee vielä järjestelmää moodilukitun pulssijonon stabiloimiseksi sähköiseen signaaliin, joka järjestelmä käsittää pumpun, jolla voidaan optisesti moduloida puolijohdevaimentimen saturoitavissa olevaa häviötä mainitun moodilukitun pulssijonon muodostamiseksi.
20
KEKSINNÖN TAUSTA
* * ♦ \'j. Pienikokoisia lähteitä, jotka synnyttävät ultralyhyitä optisia pulsseja, joiden aallonpituus on lähellä 1550 nm aluetta, pidetään yleisesti rat- :·*.* kaisevana teknologiana, joka otetaan tulevaisuudessa käyttöön kehi- • / 25 tettäessä optisia verkkoja. Järjestelmän suorituskyvyn parantamiseksi * on esitetty useita tiedonsiirtokaavioita, joita ovat kuvanneet esimerkiksi Nakazawa ym. julkaisussa Electron. Lett., voi. 34, s. 907-909, 1998 ja Boivin ym. julkaisussa Photon. Technol. Lett., voi. 11, s. 1319-1321, 1999, käyttämällä tehokkaasti ultralyhyen pulssin generaattoreita.
30 Moodilukitut kuitulaserit, joissa laser-materiaalina käytetään harvinaisen maametallin oksidilla seostettua kuitua ja joissa hyödynnetään erilaisia aktiivisia ja passiivisia moodilukitustekniikoita, muodostavat kiin-nostavan lähteen ultralyhyille pulsseille, joilla on viritettävä toistotiheys ja viritettävä laseraallonpituus. Katso esimerkiksi US-patentti 5 008 887 35 (Kafka) ja US-patentti 5 050 183 (Duling).
113507 2
Lupaavimpia ovat passiiviset moodilukitustekniikat, jotka perustuvat saturoitavissa olevaan vaimentimeen, kun on kyse pulssinleveydestä ja laserontelon yksinkertaisuudesta, kuten on kuvattu julkaisussa Collings 5 ym., J. Sei. Top. in Quantum Electron., voi. 3, s. 1065-1075, 1997 ja US-patentissa 6 097 741 (Lin ym). Saturoitavissa oleva vaimennin kohdistaa siihen tulevaan valonsäteeseen voimakkuudesta riippuvan epälineaarisen vaikutuksen. Pienivoimakkuuksinen tuleva säteily absorboituu, kun taas suurivoimakkuuksinen säteily pääsee vaimenti-10 men ohi paljon vähäisemmällä vaimennuksella. Näin ollen laser-ontelossa käytettynä saturoitavissa oleva vaimennin aiheuttaa voimakkuudesta riippuvia häviöitä. Koska laser pyrkii toimimaan mahdollisimman pienellä ontelohäviöllä kutakin edestakaista matkaa kohti, laserei-den pitkittäismoodit on lukittu yhteen vaiheessa, joka vastaa suur-15 voimakkuuksisia lyhyitä optisia pulsseja aikatasolla. Moodilukitus-tekniikka, joka perustuu SESAM-peilin (semiconductor saturable absorber π)ίποή epälineaariseen heijastavuuteen, on kiinnostava, koska se poistaa kriittisen ontelon kohdistamisen tarpeen, se voidaan suunnitella toimimaan leveällä spektrialueella, ja sillä on ultranopea 20 epälineaarinen dynamiikka ja suhteellisen suuret epälineaariset hei-jastavuusmuutokset. Ultralyhyitä optisia pulsseja on tuotettu tällä tek-: ·· nilkalla käyttäen erilaisia puolijohderakenteita ja peilimalleja. Katso esimerkiksi US-patentti 5 627 854 (Knox), US-patentti 5 237 577 (Kel-_ :· ler) ja Zhang ym., Appi. Phys. B, voi. 70, s. 59.62, 2000.
: 25 : : Gigahertsiluokkaa olevan toistotiheyden saavuttamiseksi moodilukittua . laseria on käytettävä perustaajuuden monikerralla. On kuitenkin huo- * · mättävä, että vahvistimen pitkästä relaksaatioajasta johtuen laser saturoituu ainoastaan keskimääräisen tehon eikä yksittäisten pulssien vai-30 kutuksesta, kuten on esitetty artikkelissa Harvey ym., Opt. Lett., voi. 18, s. 107-109, 1993. Tästä syystä tällaisen laserin teho kärsii suu-. remmistä vaihteluista pulssista toiseen ja supermoodin kilpailusta, mikä johtaa pulssien häipymiin ja toistotiheyden epästabiilisuuteen. Harmo-
• · I
/ , ninen moodilukitusstabilointi, joka on yksi perusedellytys tietoliikenne- V: 35 sovelluksissa, on saavutettu sekä aktiivisilla että passiivisilla teknii- koilla.
3 1 1350,7
Aktiivisesti moodilukitut laserit tuottavat pulsseja, joilla on erinomainen stabiilius, mutta pulssit ovat tyypillisesti paljon pitempiä kuin passiivisesti moodilukituilla lasereilla saadut. Pulssinleveyden pienentämiseksi edelleen on esitetty aktiivisesti moodilukittuja kuitulasereita, jotka on 5 synkronoitu ulkoisen kellon mukaan, käyttämällä soliton-pulssilyhen-nystä, kuten on esitetty artikkeleissa Kafka ym., Opt. Lett. voi. 14, s. 1269, 1989, ja Carruthers ym., Opt. Lett., voi. 21, s. 1927-1929, 1996, tai muita passiivisia pulssimuokkaustekniikoita, ks. Okhotnikov ym, Photon. Tech. Lett., voi. 14, 2002. Muita yksityiskohtia lyhyt-10 kestoisten pulssien tuottamiseen on esitetty teknisessä raportissa D.J. Jones ym, Opt. Lett., voi. 21, s. 1818, 1996. Lisäksi on osoitettu, että harmonisesti aktiivisessa moodilukitussa kuiturengaslaserissa (Thoen ym, Opt. Lett., voi. 25, 948-950, 2000) amplitudin heilahteluja voidaan merkittävästi vähentää, jolloin vältytään pulssien häviämiltä, 15 mikä johtuu kaksifotonivaimennuksen optisesti rajoittavasta vaikutuksesta saturoitavissa olevissa puolijohdevaimentimissa. Aktiivisesti moodilukittu kuitulaser vaatii kuitenkin kehittyneitä modulointilaitteita ja käyttöelektroniikkaa, mistä johtuen laseronteloista tulee monimutkaisia ja äärimmäisen kalliita.
20
Sitä vastoin Fermann ym. (ks. US-patentti 5 414 725) ja Okhotnikov ym. (ks. Appi. Phys. B., voi. 72, s. 381-384, 2001) ovat kokeilleet pas- : siivistä tekniikkaa tuottaakseen ultralyhyitä pulsseja stabiileilla toisto- *·· tiheyksillä, jotka ovat verrattavissa tyypillisten moodilukittujen laserien * M | ;·*·. 25 toistotiheyteen. Toistotiheyden stabilointi saavutettiin laserontelon har- monisella osittamisella saturoitavissa olevalla puolijohdevaimentimella, • »· joka on ensisijaisesti valkaistu, kun kaksi pulssivirtaa, jotka kiertävät nxL:n pituisessa pääontelossa L:n pituisen alaontelon suhteen, törmäävät saturoitavissa olevaan vaimentimeen. Vaikka tämä järjestelmä 30 on osoittautunut hyvin tehokkaaksi toistotiheyden stabiloinnissa, sen rajoituksena on kiinteä toistotiheys saturoitavissa olevan vaimentimen sijainnin valinnalla, ja sitä voidaan säätää vain siirtämällä fyysisesti ;·· ·. pääonteloa määrittäviä ontelon sisäisiä elementtejä "harmonisen" ala- ontelon suhteen.
: ! 35
Toisessa kokeilussa pystyttiin passiivisesti moodilukituista kuitu- lasereista muodostamaan ultralyhyitä pulsseja, joilla on stabiili ja 11350? 4 säädettävä toistotiheys, käyttämällä saturoitavissa olevaa puolijohde-vaimenninta, jonka kestoikä on 10 ns luokkaa, kuitulasereihin, joiden ontelon edestakainen matka on 100 ns luokkaa, kuten on selostettu tarkemmin US-patentissa 5 701 319. Pulssivirhe oli kuitenkin rajoitettu 5 300 ps:iin, kun toistotiheys oli 20 MHz, ja 50 ps:iin, kun toistotiheys oli 500 MHz. Kuitenkin uskotaan, että tällainen laser synnyttää harmonisen pulssijonon, jonka toistotiheyden pitkäaikainen stabiilisuus on pienempi.
10 Grudinin ym. ehdottivat julkaisussa Electron. Lett., voi. 29, s. 1860-1861, 1993, että soliton-vuorovaikutus voi pitkäaikaisten akustis-optis-ten vuorovaikutusten kautta stabiloida passiivisen harmonisen moodi-lukitun pulssijonon toistotiheyttä. Tämä menetelmä vaatii kuitenkin suuria ontelonsisäisiä tehoja riittävien epälineaarisuuksien saavuttamiseksi 15 stabiilia toimintaa varten. Näin ollen vaaditaan 15 m ja pitempiä ontelo-pituuksia, joista aiheutuu matalia perustoistotiheyksiä, mikä puolestaan johtaa ympäristön epästabiilisuuteen ja vaatii joidenkin satojen milli-wattien pumpputasoja, jotta saavutettaisiin sadan megahertsin toisto-tiheyksiä. Kuitenkin Gray ym. ovat myöhemmin olettaneet, että vaihe-20 vaikutukset saturoitavissa olevaan puolijohdevaimentimeen voivat johtaa pulssin poistoon, mikä puolestaan saa aikaan pulssin toistotihey-.. den stabiloitumiseen itsestään, ks. Opt. Lett., voi. 21, s. 207-209, 1996. Pulssin itsejärjestäytyminen saturoitavissa olevan vaimentimen ;· avulla on kuitenkin herkkä vaimentimen elinajan suhteen, eikä yhte-
• · < I
.·*·. 25 näistä pulssin jakautumista havaittu vaimentimilla, joissa varauksen- : kuljettajien elinaika oli pienempi kuin 500 ps. Lisäksi pulssien väliset poistovoimat, jotka saavat aikaan itsejärjestäytymisen, ovat herkkiä amplitudin vaihteluille, mistä syystä optinen rajoitus on välttämätöntä stabiilin pulssijonon muodostamiseksi.
LV 30
Viime aikoina on kyetty muodostamaan tasavälinen soliton-pulssijono j\. lyhytonteloisesta harmonisesta moodilukitusta kuitulaserista, jossa .···. käytetään passiivista pulssinmuodostusmekanismia eli saturoitavissa olevaa puolijohdevaimenninta moduloimalla ontelohäviö saturoitavissa '· · 35 olevan vaimentimen optisen pumppauksen avulla ohjaussäteellä, kuten
Banadeo ym. ovat kuvanneet julkaisussa Opt. Lett., voi. 25, s. 1421-1423, 2000. Modulointisäde, jonka aallonpituus on puolijohde- 113507 5 vaimentimen kielletyn energiavyön yläpuolella, muodostettiin moduloimalla ulkoisesti kuitulaserontelon ulkopuolelle sijoitettu puolijohdelaser. Osoittautui, että tällä menetelmällä voidaan parantaa huomattavasti aikajärjestäytymistä edellyttäen, että modulointisäteen taajuus on 5 perustoistotiheyden suuri monikerta. Menetelmällä saatiin aikaan 1,244 GHz pulssijonon ei-toivottujen harmonisten moodien 35 dB vaimennus. Tällöin osoitettiin, että saturoitavissa olevan vaimentimen optinen modulaatio voi synnyttää värinättömän pulssijonon säädettävällä toistotiheydellä ja yksinkertaisin keinoin. Roth ym. kehittivät 10 menetelmää edelleen käyttämällä suoramoduloitua suurnopeuslaser-diodia ja toteuttamalla yksinkertaisemman mallin saturoitavissa olevan vaimentimen sisäiseen pumppaukseen, ks. Electron. Lett., voi. 38, s. 16-17, 2002.
15 Vaikka edellä kuvattu menetelmä tarjoaa välineet laserontelon yksinkertaistamiseksi, pyrkimystä kustannustehokkaiden laserkonstruktioi-den aikaansaamiseksi rajoittaa lisäpuolijohdelaserin käyttö pump-pauslähteenä saturoitavissa olevan vaimentimen optiseen modulointiin.
20 KEKSINNÖN YHTEENVETO
Nyt esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan stabiili ja : hinnaltaan edullinen harmoninen passiivinen moodilukittu kuitulaser, ;. jolla voidaan tuottaa ultralyhyitä optisia pulsseja, joilla on säädettävä toistotiheys. Nyt esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan # # 25 tehokkaampi tapa säätää passiivisesti moodilukitun kuitulaserin toisto-tiheyttä moduloimalla valonsädettä, jota käytetään sekä laservahvisti-’ * ’ men pumppaamiseen että saturoitavissa olevan vaimentimen häviön optiseen modulointiin. Nyt esillä olevan keksinnön vielä yhtenä tarkoi-j V tuksena on saada aikaan tehokas mekanismi kuitulaserin aktiiviseksi 30 moodilukitsemiseksi säätämällä saturoitavissa olevan puolijohde-vaimentimen aiheuttamaa häviötä optisesti.
Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa . ·· tunnusomaista se, että mainittu pumppu moduloidaan sähköisen sig- · 35 naalin avulla. Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle järjestelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, että järjestelmä käsittää välineet 113507 6 mainitun pumpun moduloimiseksi sähköisen signaalin avulla. Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle kuitulaserille on pääasiassa tunnusomaista se, että kuitulaser käsittää välineet mainitun pumpun moduloimiseksi sähköisen signaalin avulla.
5
Kuten on jo todettu edellä ja muualla, ks. B.C. Collings ym., Opt. lett., voi. 23, s. 123-125, 1998, lyhytonteloisella moodilukitulla kuitulaserilla on se etu, että se muodostaa ultralyhyitä pulsseja hyvin suurilla perus-toistotiheyksillä. Tämä puolestaan johtaa harmoniseen moodilukitus-10 toimintaan siten, että ontelossa kiertää pieni määrä pulsseja, joilla on parempi stabiilius kohinaa ja ympäristön heilahtelulta vastaan. Toisaalta lyhytkuituvahvistin ei täysin absorboi käytettävissä olevaa pumpputehoa, joka vaaditaan tietyn tehonvahvistuksen aikaansaamiseksi. Optimoituunkin vahvistimeen tulee huomattava osa pumppu-15 tehoa, esimerkiksi 10%, joka ei absorboidu. Tämän seurauksena jäljellä oleva pumpputeho lopulta häviää ontelon päässä, eli siinä päässä jossa saturoitavissa oleva vaimennin on. Pumpun absorptiotehon lisäämiseksi saturoitavissa olevan vaimentimen peili voidaan optimoida heijastamaan sekä pumppusäde että signaalivalo. Vielä yksi tapa lisätä 20 pumpun absorptiotehoa on kuljettaa pumppuvaloa saturoitavissa olevasta vaimentimesta poispäin, jolloin se heijastuu takaisin laajakaista-; · peilistä, joka on sijoitettu ontelon siihen päähän, joka on saturoitavissa olevaa vaimenninta vastapäätä. Pumpputeho ei kuitenkaan absorboidu i* kokonaan, vaikka se olisi kulkenut kaksi kertaa vahvistinosuuden ohi.
f : 25 Nyt esillä olevan keksinnön mukaan pumpun säde ja näin ollen jäljellä I * i : oleva pumpputeho, joka kohdistuu saturoitavissa olevaan puolijohde- vaimentimeen, joka on sijoitettu vahvistimen päähän kuitulaserin pas- * siivistä moodilukitusta varten, on kirkkausmoduloitu RF-signaalilla, jonka taajuus on oleellisesti yhtä suuri kuin moodilukitun pulssijonon 1 » » 30 toistotiheys. Moduloimalla vaimentimen aiheuttama ontelohäviö voi-’·;· daan moodilukittu pulssijono synkronoida ulkoiseen sähköiseen sig- naaliin, jolloin saadaan aikaan toistotiheyden stabilointi ilman ulkoisia komponentteja eli modulaattoreita. On huomattava, että populaation relaksaatioaika harvinaisen maametallin oksidilla seostetussa aktiivi-35 sessa materiaalissa vaihtelee sadoista mikrosekunneista muutamiin ’ '· millisekunteihin, jolloin mikään pumppuvaihtelu paljon pienemmällä aikavälillä, esimerkiksi mikrosekunnista nanosekunteihin, ei aiheuta 7 1 1350? vahvistuksen muutosta. Tarkemmin sanottuna vahvistus saa pikemminkin vakioarvon, joka määräytyy pumppusignaalin keskitason mukaan.
5 Nyt esillä olevan keksinnön soveltaminen riippuu standardinmukaisten suurtehopumppulasermoduulien tehokkasta suurnopeusmodulaatio-vasteesta. Viime aikoina Mohrdiek ym. ovat osoittaneet 980 nm suur-tehopumppudiodimoduulin suoran kirkkausmodulaation 3 Gb/s (LEOS’98 IEEE, s. 299-300, 1998). Lisäksi sisäiset modulaatio-10 kaistanleveysmittaukset osoittivat erinomaista modulointikykyä, joka ulottui yli 10 GHz taajuudelle. Näin ollen uskomme, että tällä keksinnöllä voidaan onnistuneesti saada aikaan suuri parannus tämänhetkiseen tekniikan tasoon ultralyhyiden pulssikuitulaserien alalla, erityisesti yksinkertaisuuden ja vähäisten kustannusten ansiosta.
15
PIIRUSTUSTEN LYHYT SELOSTUS
Keksintöä havainnollistetaan yksityiskohtaisesti seuraavassa selityksessä, jossa selostetaan esimerkkeinä erityisiä suoritusmuotoja ja vastaavia piirustuksia, joissa: 20 .. kuva 1 esittää nyt esillä olevan keksinnön edullisen suoritus- : !’ muodon, * * * kuva 2 esittää lyhytontelolaseria, joka on muodostettu nyt esillä 25 olevan keksinnön mukaan, kuva 3 esittää keksinnön toista suoritusmuotoa, jossa käytetään takaisinkytkentäpalautetta toistotiheyden asettamiseen, • · t .··*, 30 kuva 4 esittää suoritusmuotoa, jossa on passiivinen harmoninen moodilukittu kuitulaser, jossa on saturoitavissa oleva vai- • mennin, jota pumpataan optisesti energiaraon yläpuolella moduloidulla pumppusäteellä. Toista saturoitavissa olevaa vaimenninta käytetään passiivisesti käynnistämään moodi- ,·. : 35 lukitusprosessi.
• * 11350? 8
Kuva 5 esittää esimerkkiä nyt esillä olevan keksinnön yhdestä suoritusmuodosta, kuva 6 esittää moodilukituksen käynnistykseen käytettävän 5 saturoitavissa olevan puolijohdevaimentimen saturaatio- käyriä, kuva 7 esittää optisesti pumpatun vaimentimen epälineaarista heijastu vu us m uutosta 980 nm pumpputehon suhteen, 10 kuvat 8a ja 8b esittävät esimerkkinä käytetyn laserulostulon tyypillistä itsekorrelaatiokäyrää ja optista spektriä, kuvat 9a, 9b ja 9c esittävät laserulostulon digitaalisen alueen jälkiä, 15 mitattuja RF-spektrejä ja nopeasiirtoanalysointijälkiä ilman toistotiheyden stabilointia saturoitavissa olevalla vaimenti-mella tehdyn optisen pumppauksen avulla.
kuvat 10a, 10b ja 10c esittävät laserulostulon digitaalisen alueen jälkiä, 20 mitattuja RF-spektrejä ja nopeasiirtoanalysointijälkiä, kun optinen modulointi on otettu käyttöön.
KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS
• li’ Nyt esillä olevan keksinnön edullinen suoritusmuoto on esitetty kuvas- 25 sai. Laserontelo koostuu vahvistusväliaineesta 1 eli erbiumilla seos-tetusta kuidusta, kuituoptisesta kytkimestä 2 eli WDM:stä pumppu-säteen kytkemiseksi vahvistuskuituun, ja optisesta kytkimestä 3 laser-pulssien saamiseksi ulos resonaattorista. Kuitulaserin ontelon päät on liitetty päittäin saturoitavissa olevaan vaimentimeen 4 ja laajakaistai-30 seen eristepeiliin 5. Optinen suuntavaimennin 6 vähentää optisia hei-jastuksia ulostuloportista. Saparomaista puolijohdelaserdiodia 7 käy-: ’*· tetään vahvistusväliaineen, esim. Er-seostetun kuidun, pumppaami- seen. Vaikka nyt esillä olevan keksinnön tärkeimpiä suoritusmuotoja .·! selostetaan tässä erbiumilla seostetun vahvistimen yhteydessä, voi- · 35 daan käyttää myös muita väliaineita (esim. ytterbiumia, tuliumia, neo-
* »I
dyymiä, praseodyymiä) ja seostettujen atomien eri konsentraatioita, eri 11350,7 9 geometrisia parametrejä, esim. kaksoispäällystettyä kuitua, ja muita pumppaustapoja.
Saturoitavissa oleva vaimennin 4 koostuu yleisesti puolijohdemateriaa-5 lista, jonka kaistaeroenergia on lähellä laseraallonpituutta ja johon on integroitu puolijohdepeili, joka on suunniteltu saamaan aikaan laser-säteilyn tietty heijastuvuus. Puolijohdevaimennin voi olla esimerkiksi InGaAsP-materiaalia, jonka kaistaero on 1550 nm. Puolijohdepeili käsittää esimerkiksi tietyn määrän InP-InGaAs-kerroksia, jotka on 10 suunniteltu saamaan aikaan tietty heijastavuus suurella spektrialueella, joka ulottuu laseraallonpituuden ympärille. Saturoitavissa olevaa vai-menninta voidaan vaihtoehtoisesti käyttää lähettämiseen; tässä tapauksessa ei tarvita puolijohdepeiliä. Menemättä yksityiskohtiin voidaan todeta, että keksinnön suojapiirin puitteissa voidaan käyttää erilaisia 15 vaimenninmuotoiluja, joita ovat mm. mutta ei yksinomaan monikvantti-kaivovaimentimet, tilavuusvaimentimet, orgaaniset kuutiot, eksitoni-pohjaiset vaimentimet, saturoitavissa olevat Braggin heijastimet, ei-resonoivat Fabry-Peroln saturoitavissa olevat vaimenninpeilit, disper-siiviset saturoitavissa olevat vaimenninpeilit, puolijohdekiekkobondatut 20 vaimentimet, metalliset peilipohjaiset vaimentimet.
:·. Nyt esillä olevan keksinnön mukaan pumppudiodista 7 lähetettyä • * · .' ... valonsädettä, jonka aallonpituus on vaimentimen energiakaistaraon yläpuolella, käytetään sekä harvinaisten maametalliatomien virittämi-25 seen, jolloin lähetetään valoa stimuloidusti noin 1550 nm aallonpituu- * · della, että puolijohdevaimentimen 4 optiseen pumppaamiseen. Pump- :.’*i pudiodi on suoraan moduloitu sähköisellä signaalilla, joka koostuu jat- kuvasta komponentista (DC) ja modulaatiosignaalista (RF), joka on esimerkiksi sinimuotoinen tai suorakaiteen muotoinen ja jonka taajuus ;*·*: 30 on yhtä suuri kuin harmonisen moodilukituspulssijonon toistotiheys.
Biasointi-T 8 yhdistää DC- ja RF-signaalit, joita käytetään pumppu- lähteen moduloimiseen. Pumppudiodin käyttäminen vain DC-kompo- nentilla aiheuttaa kuitulaserin toimimisen passiivisella harmonisella *·;·’ moodilukitusalueella, jonka saturoitavissa oleva vaimennin synnyttää.
:\i 35 Kun modulaatiosignaalia käytetään taajuudella, joka on yhtä suuri kuin F·.· jokin ontelon monikerroista, moduloidaan saturoitavissa olevan vai- » » mentimen aiheuttama häviö, jolloin lukitaan harmonisten moodi- 11350.7 10 lukittujen pulssijonojen asemat aikaikkunaan, kun käytetään modulaatiota. Käytettyjen DC- ja RF-signaalien tasot on optimoitava kahden rakennesäännön mukaan. Ensinnäkin käytettävissä oleva pumpputeho kasvaa DC-signaalin mukaan RF-signaalien tietyllä amplitudilla. Toi-5 saalta jos vaimentimeen kohdistuvalla pumpputeholla on suuri DC-komponentti, se saturoi jatkuvasti vaimentimen, jolloin se vähentää vaimentimen modulaatioindeksiä, moodilukitun pulssijonon itse-käynnistyksestä ja stabiloinnista vastaavaa käyttövoimaa. Rajalla pumppulaseria voidaan käyttää vain RF-signaalilla, kun DC-kompo-10 nentti on lähellä kynnystä, jolloin maksimoidaan vaimentimen modu-laatioindeksi pumppuenergian vähentämisen kustannuksella käyttö-signaalin tietyllä modulaatioamplitudilla. Koska vahvistimen dynamiikka ei voi seurata pumpun vaihteluita, vahvistus määräytyy pumppusäteen keskimääräisen optisen tehon mukaan, joka puolestaan riippuu modu-15 laatioamplitudista ja toimintajaksosta. Lisäksi vaimentimen saturaatio-ominaisuudet eli optinen modulaatioindeksi voidaan optimoida päällystämällä vaimentimen pinta, jotta varmistetaan tehokas moodilukittu-minen ja stabilointimekanismit tietyllä pumpputeholla ja pumpun modulaatioamplitudilla. Vaihtoehtoisesti optimoimalla saturoitavissa 20 oleva vaimennin ja laserontelo voidaan menetelmää käyttää puhtaan aktiivisesti moodilukitun pulssijonon muodostamiseen.
t» * · · ’ , Kuvassa 2 on esitetty nyt esillä olevan keksinnön toinen suoritusmuoto, :* jossa pyritään edelleen yksinkertaistamaan laseria. Tässä Er-seostettu ·; 25 kuitupää, joka on saturoitavissa olevaa vaimenninta 4 vastapäätä, on ' ] päällystetty puoliläpäisevällä peilillä 9, jolla on suuri heijastavuus sig- :. i naalin aallonpituudella ja suuri läpäisykyky pumpun aallonpituudella.
Saparopumppu 7 on kytketty Er-seostettu un kuituun päällystetyn pään kautta WDM-kytkimen 2 ja kierreliitoksen 10 tai liimaliitoksen avulla. 30 Samaa porttia käytetään signaalivalon kytkemiseen ulos laseronte-losta. Edellä kuvattu laserjärjestelmä tarjoaa aikaisempaan rakenteeseen nähden useita tärkeitä parannuksia, joita ovat: suurempi toisto- » * :(i’’ tiheys samalla vahvistimen pituudella, kun eliminoidaan ontelon sisäi- *·;· nen ulostulokytkin, suurempi laserteho, kun käytetään vain yhtä ulos- :' ·,: 35 tuloporttia, ja edullisempi hinta.
• » I
I I
11 1135C,7
On hyvin tunnettua, että lämpötilan ja ympäristön olosuhteiden heilahtelu johtaa muutoksiin moodilukitun kuitulaserin perustoistotiheydessä. Tästä syystä aktiivinen tekniikka pulssijonon järjestämiseksi vaatii modulointitaajuuden hienosäätöä, jotta voidaan eliminoida haitallinen 5 vaihesiirtymä modulaation ja moodilukitun pulssijonon välillä. Tämän ongelman ratkaisemiseksi on jo esitetty takaisinkytketyn moodilukitus-tekniikan käyttöä, jossa laserin ulostulosta otetaan kellosignaali ja sitä käytetään modulaattorin käyttämiseen, ks. esimerkiksi US-patentti 5 598 425 (Jäin ym.) ja Margalit ym., Photon. Technol. Lett., voi. 10, 10 s. 337-339, 1998. Nyt esillä olevan keksinnön suoritusmuoto, jossa sovelletaan takaisinkytkettyä moodilukitustekniikkaa, on esitetty kuvassa 3. Optinen kytkin 11 halkaisee laserulostulon siten, että osa laser-tehosta syöttää kello-ottopiiriä 12, joka sisältää esimerkiksi suur-nopeusvaloilmaisimen, kapeakaistasähkösuodattimen ja sähköisen 15 esivahvistimen (ei esitetty). Kello-ottopiiri muodostaa sinimuotoisen kellosignaalin, jonka taajuus vastaa laserontelon taajuuden suurta monikertaa. Kellosignaali käy läpi vaihesäädön vaiheensäätö-muuntajassa 13, vahvistetaan sähköisessä vahvistimessa 14, ja sitä käytetään pumppulähteen 7 modulointiin. Tällä tavoin valon voimak-20 kuuden modulointi suoritetaan ontelossa taajuudella, joka on lukittu kellosignaaliin. Vaikka edellä mainittu laserrakenne johtaa stabiiliin :·. optiseen pulssijonoon, jolla on suuri toistotiheys, toistotiheys vaihtelee | jonkin verran ontelon pituuden vaihtelun mukaan. Tämä ongelma voi- daan puolestaan ratkaista käyttämällä ontelon pituuden stabilointiin ;;; 25 tekniikkaa, joka on kuvattu useissa julkaisuissa, ks. esim. Nakazawa *;··| ym., Photon. Technol. Lett., voi. 12, s. 1613-1615, 2000.
• * · « ·
Valittaessa tiettyä saturoitavissa olevaa vaimenninta on nyt esillä olevan keksinnön mukaan yleensä otettava huomioon kaksi rakenne-30 edellytystä: saturoitavissa olevan vaimentimen 4 on tarjottava tehokas passiivinen mekanismi laserin moodilukitsemiseksi, ja sillä on oltava • · · ,.· suuri modulaatioindeksi, kun sitä moduloidaan optisesti jäljelle jää- neellä pumpputeholla. Kuvassa 4 on esitetty keksinnön vaihtoehtoinen ’·;·* suoritusmuoto, jonka tarkoituksena on helpottaa saturoitavissa olevan 35 vaimentimen suunnittelurajoituksia käyttämällä kahta saturoitavissa olevaa vaimenninta, jotka on optimoitu erikseen tehokkaan moodi- 11350? 12 lukitusmekanismin, vaimentimen 15, aikaansaamiseksi, ja vastaavasti riittävän modulaatioindeksin, vaimennin 16, aikaansaamiseksi.
Tämän keksinnön ajatuksen todistamiseksi suoritettiin useita kokeita, 5 joissa osoitettiin, että tietyntyyppinen saturoitavissa oleva vaimennin, jota pumpataan optisesti valonsäteellä, jonka ominaisuudet ovat samat kuin laservahvistimen pumpaamiseen käytettävällä valolla, voi stabiloida passiivisen harmonisen moodilukituksen. Nyt esillä olevan keksinnön suoritusmuoto on esitetty esimerkkinä kuvassa 5. Tässä passii-10 vinen harmoninen moodilukittu kuitulaser koostuu vahvistusväli-aineesta 17, eli erbiumilla seostetusta kuidusta, kuituoptisesta kytkimestä 18 eli WDM:stä pumppusäteen kytkemiseksi vahvistuskuituun, toisesta kuituoptisesta kytkimestä 19, jolla onteloon kytketään säädetty säde, jonka aallonpituus on sama kuin pumppusäteellä, optisesta kyt-15 kimestä 20, jolla resonaattorista otetaan laserpulsseja, saturoitavissa olevasta vaimentimesta 21, joka on suunniteltu käynnistämään tehokkaasti moodilukitusprosessi, ja vielä toisesta saturoitavissa olevasta vaimentimesta 22, jota pumpataan optisesti ohjaussäteellä. Laseria pumpataan yksimoodisella saparolaserdiodilla 23. Samanlainen laser-20 diodi 24 on suoraan moduloitu sähköisellä signaalilla, joka synnyttää ohjaussäteen, jota käytetään saturoitavissa olevan vaimentimen 22 ,·*. pumppaamiseen.
* ' Suoritetussa kokeessa erbiumilla seostetulla kuidulla, jonka pituus oli 25 1 m, oli pumppaamattomana häviö 38 dB/m, kun valon aallonpituus oli ' ··' 1535 nm, ytimen halkaisija oli 6,2 pm, numeerinen aukko NA = 0,23, ja :.’ ί normaali ryhmänopeusdispersio (GVD) +0,01 ps2/m aallonpituudella 1560 nm. Kuvassa 5 voidaan nähdä, että ontelo sisältää välineet lasersäteen kohdistamiseksi kahteen saturoitavissa olevaan vaimentimeen : ]: 30 eli linsseihin 25-28. On tärkeää, että linssien 25 ja 28 polttopisteet :osuvat yhteen saturoitavissa olevien vaimentimien 21, 22 kohdistuksen ./ kanssa, jolloin vaimennin saturoituu tehokkaasti. Saturoitavissa olevan \.j* vaimentimen 21, 22 keilauspisteen kokoa voidaan muuttaa, jolloin sää- • · detään vaimentimen saturaation vuontiheyttä muuttamalla linssin 35 sijaintia ja käyttämällä linssejä, joilla on eri polttovälit. Kuitupää kulma-halkaistiin Fresnelin heijastuksen vaikutuksen poistamiseksi.
» · 11350? 13
Esimerkkikokeessa saturoitavissa olevat vaimentimet 21, 22 käsittävät useita InGaAsP-kvanttikaivoja, joiden hilat on sovitettu lnP:n mukaan ja jotka on kasvatettu suurheijastuspuolijohdepeilin päälle. Peili koostuu jaksottaisesta pinosta vuorottelevia GalnAs- ja InP-materiaalikerroksia, 5 eli DBR-heijastimesta (Distributed Bragg Reflector). Samanlainen rakenne on esitetty julkaisussa Ning ym., Electron. Lett., voi. 37, S. 375-376, 2001.
Suunniteltiin erikseen kaksi saturoitavissa olevaa vaimenninta passiivi-10 sen moodilukituksen optimoimiseksi ja toistotiheyden stabiloimiseksi. Saturoitavissa oleva vaimennin 21 käynnistää tehokkaasti moodilukitusprosessin, ja siitä syntyy minimaalinen ei-saturoitavissa oleva häviö. Kuvassa 6 on esitetty tämän vaimentimen epälineaarinen heijastuvuusmuutos, joka on mitattu tulevan pulssin vuontiheyden 15 funktiona aallonpituudella 1560 nm. Tämä laite käsittää esimerkiksi seitsemän kvanttikaivoa, ja sen suurin heijastuvuusmuutos on enintään 3 %, kun ei-saturoitavissa olevat häviöt on rajoitettu alle 10 %:iin, DBR-häviö mukaanlukien. Toisaalta saturoitavissa olevan vaimentimen 22 pitäisi tuottaa riittävän korkea heijastavuusmuutos (modulaatioindeksi) 20 optisella pumppauksella 930 nm moduloidulla säteellä. Näin ollen tämä vaimennin koostuu kuudesta seitsemän InGaAsP-kvanttikaivon ryhmästä, jolloin se muistuttaa samaa materiaalirakennetta kuin moodi-t lukittu vaimennin. Kuten kuvasta 7 näkyy, tuloksena saatiin heijastu- vuusmuutoksen nousu kertoimella noin 4.
: 25 * : Aluksi laser optimoitiin passiivisen moodilukituksen suhteen modulointi- signaalilla, joka tuotettiin pumppulähteen 24 ollessa suljettuna. Opti-maalinen kohdistaminen sai aikaan itsekäynnistyvän moodilukittumisen saturoitavissa olevan vaimentimen 21 avulla. Kun pumpputehoa lisä-30 tään, laser toimii usealla pulssilla ontelossa. Monipulssikäyttäytyminen :"· riippuu ontelon häviöstä ja saturoitavissa olevan vaimentimen epä- ..· lineaarisesta häviöstä. Laser tuottaa soliton-muodon kaltaisia pulsseja, :t<>“ joiden pulssinleveys on noin 550 ps pumpputehosta riippumatta.
Moodilukittujen pulssien itsekorrelaatiojälki on esitetty kuvassa 8a ja 35 optinen spektri kuvassa 8b. Laserissa esiintyi ajoittain pulssin itse-järjestäytymistä; pulssit eivät kuitenkaan olleet kiinteästi sidottuja jak- * > sollisiin kohtiin vaan ne esiintyivät pikemminkin kimppuina, ks. kuva 9a.
14 1135C.7
Esityksen selventämiseksi pumpun tehotaso on tässä asetettu tuottamaan harmonisia moodilukittuja pulsseja, jotka kulkevat perustoisto-tiheyden 6:nnen kertaluvun mukaan (81,4 MHz). Kuva 9b esittää ontelossa kiertävistä kuudesta optisesta pulssista koostuvan pulssijonon 5 RF-spektriä. Ilman saturoitavissa olevan vaimentimen 22 optista pumppausta ontelon perusvalmennus oli lähes olematonta. Lisäksi pulssien välit voivat vaihdella enemmän kuin 250 ps pulssista toiseen, kuten suurnopeustiedonsiirtoanalysaattorin avulla suoritetut mittaukset osoittavat kuvassa 9c. Näin ollen päätellään, että passiivinen harmoni-10 nen moodilukitus ei voi synnyttää laserpulssijonoa, jolla on stabiili toistotiheys.
Tämän jälkeen käyttämällä laserdiodia 24, joka on optisesti moduloitu RF-signaalilla perustaajuuden kuudennella kertaluvulla, voidaan aika-15 tasolla selvästi havaita voimakas pulssijärjestäytyminen. Pulssien sijainti määräytyy alhaisen häviön aikaikkunan mukaan, jonka määrää optisesti pumpattu saturoitavissa oleva vaimennin. Kuvassa 10a näkyy, että pulssit järjestäytyivät stabiileiksi pulssijonoiksi tasaisin pulssivälein, jotka vastaavat harmonista modulaatiotaajuutta. Itse asiassa kuvas-20 sa 10b esitetty mitattu RF-spektri osoittaa alempien ontelokertalukujen vaimentumista vähintään 55 dB:llä, mikä ilmaisee yhtenäisen harmonisen moodilukittumisen hyvin jaksollisessa pulssijonossa. Koska RF- * . spektrissä ei-toivottujen kertalukujen vaimennus heikkenee 37 dB:iin yhden pulssin häviämisellä edestakaista matkaa kohti, kuten on ajatel-·;;; 25 lut Bonadeo julkaisussa Opt. Lett., voi. 25, s. 1421-1423, 2000, tässä : laserissa ei esiinny pulssien häviämisiä, ja siinä on hyvin stabiili supermoodi. Modulaatioparametrien optimoinnin aikana pulssin muo-dossa ei havaittu muutoksia. Lisäksi ajastusvärinän parantuminen optisella modulaatiolla on esitetty kuvassa 10c. Huippujen välinen synk- · ·’: 30 ronointivirhe oli < 30 ps, joka vastaa lähes 10 dB parannusta puhtaasti .···. passiiviseen harmoniseen moodilukittuun pulssijonoon nähden. Suun- ,,· nitelma osoittaa myös sitä, ettei pulssien välisiä energiaheilahteluja juu- • · : rikaan ole. Koska ei käytetty mitään aktiivista ontelonpituuden säätö- : piiriä, uskotaan, että synkronointivirhe johtuu todennäköisesti ympäris- 35 tön aiheuttamista heilahteluista ontelon pituudessa. Lisäksi laseronte-.·. lon ei-polarisointia ylläpitävä rakenne edesauttaa pitkäaikaisen stabiili- suuden alenemista. Kun modulaatiotaajuus kasvaa, modulaation kyvyn 11350? 15 stabiloida harmonista moodilukittua pulssijonoa pitäisi kasvaa, koska modulaatiosignaalin maksimitasoa vastaava aikaikkuna lyhenee. Näin ollen uskotaan, että korkeammat modulaatiotaajuudet vähentävät edelleen ajastusvärinää. Kun modulaatio on kytketty päälle, vie jonkin 5 aikaa ennen kuin pulssit synkronoituvat ulkoiseen kellosignaaliin. Itse asiassa ohjaussäteen modulaatiokertoimen nostaminen lyhentää sta-bilointiaikaa.
Edellä kuvatun laserkonfiguraation avulla voidaan optimoida itsenäi-10 sesti modulointiolosuhteita ja vahvistimen vahvistusta käyttämällä kahta erillistä pumppulähdettä ja saturoitavissa olevia vaimentimia moodilukitukseen ja optiseen modulointiin.
Nyt esillä olevan keksinnön vielä yhden muunnoksen mukaan 980 nm 15 pumppulähde korvataan lähteellä, joka synnyttää valoa, jonka aallonpituus on lähellä 1480 nm:ä. Tässä tapauksessa vältetään kuumentu-misvaikutukset, jotka johtuvat 980 nm valon optisesta absorptiosta InP-materiaaliin, kun käytetään suhteellisen kallista 1480 nm pumppu-lähdettä.
20
Nyt esillä olevan keksinnön mukainen järjestelmä mahdollistaa rakenteen eri muunnokset, nimittäin rengaslaserontelon, "SigmaMaserin, *» täys-PM-kuitulaserin, ontelon takaisinkytkennän sekä muut alalla yleiset kokoonpanot, poikkeamatta keksinnön hengestä ja suojapiiristä.
< *» ; 25 Tarkoitus on, että keksintöä tarkastellaan yksinomaan viittaamalla seu- •: raaviin patenttivaatimuksiin.
* ‘ I » ‘ > »
VIITEJULKAISUT
US-patenttijulkaisut 30 5,008,887 4/91 Kafka 372/6 : * * *; 5,050,183 10/1991 Duling 372/94 6,097,741 8/2000 Lin ym. 372/6 5,627,854 6/1997 Knox 372/99 5,237,577 8/1993 Keller ym. 372/18 35 5,414,725 5/1995 Fermann ym. 372/18 5,701,319 12/1997 Fermann 372/18 5,598,425 06/1997 Jäin ym. 372/18 16 113503
MUU JULKAISU
M. Nakazawa ym., “TDM single channel 640 Gbit/s transmission experiment over 60 km using 400 fs pulse train and walk-off free, dis-5 persion flattened nonlinear optical loop mirror”, Electron. Lett., vol. 34, s. 907-909, 1998.
L. Boivin ym., “Transmission over 362 km of 110 Channels at 2.35 Gb/s from a spectrum-sliced femtosecond laser”, Photon. Technol. 10 Lett., vol. 11, s. 1319-1321, 1999.
B. C. Collings ym., “Short cavity Erbium/Ytterbium fiber laser mode-locked with a saturable brag reflector”, J. Sel. Top. in Quantum Electron., vol. 3, s. 1065-1075,1997.
15 Z. Zhang ym., “Gold-reflector-based smiconductor saturable absorber mirror for femtosecond mode-locked Cr4+: YAG laser”, Appi. Phys. B, vol. 70, s. 59.62, 2000.
20 G. T. Harvey ym., “Harmonically mode-locked fiber ring laser with an internal Fabry - Perot stabilizer for soliton transmission”, Opt. Lett., vol. 18, 107-109, 1993.
* J. D. Kafka ym., “Mode-locked erbium-doped fiber laser with soliton 25 pulse shaping”, Opt. Lett., vol. 14, 1269,1989.
* I
< I · T. F. Carruthers ym., “10-GHz, 1.3-ps erbium fiber laser employing soliton pulse shortening”, Opt. Lett., vol. 21,1927-1929,1996.
* · · 30 O. G. Okhotnikov ym., “Stabilization of passive harmonic mode-locking
• I
'['S by amplitude modulation”, Photon. Technol. Lett., vol. 14, 2002.
: ’·· D. J. Jones ym, “Subpicosecond Solitons in Actively Mode-Locked
Fiber Laser”, Opt. Lett., vol. 21, s. 1818, 1996.
: 35 E. R. Thoen ym., “Stabilization of an actively mode-locked fiber laser using two-photon absorption”, Opt. Lett., vol. 25, 948-950, 2000.
17 11350? O. G. Okhotnikov ym., “Colliding-pulse harmonically mode-locked fiber laser”, Appi. Phys. B, vol. 72, s. 381-384, 2001.
5 A. B. Grudinin ym., “Passive harmonic mode-locking of a fiber soliton ring laser”, Electron. Lett., vol. 29, s. 1860-1861, 1993.
S. Gray ym., “Soliton fiber laser with a hybrid saturable absorber”, Opt. Lett., vol. 21, s. 207-209,1996.
10 N. H. Banadeo ym., “Passive harmonic mode-locked soliton fiber laser stabilized by an optically pumped saturable Bragg reflector”, Opt. Lett., vol. 25, s. 1421-1423, 2000.
15 J. M. Roth ym., “Polarisation-maintaining, harmonically mode-locked soliton fiber laser with repetition rate stabilization using optical pumping of saturable Bragg reflector”, Electron. Lett., vol. 38, s. 16-17, 2002.
S. Mohrdiek ym., “High power 980 nm laser diode for free space com-20 munication at high bit rates”, LEOS’98 IEEE, s. 299-300,1998.
Margalit ym., “Harmonic Mode-Locking Using Regenerative Phase Modulation”, Photon. Technol. Lett, vol. 10, s. 337-339,1998.
25 Nakazawa ym., “A 40-GHz 850-fs regeneratively FM mode-locked • polarization-maintaining erbium fiber ring laser”, Photon. Technol. Lett., Λ: vol. 12, s. 1613-1615, 2000.
B. C. Collings ym., “Stable multigigahertz pulse-train formation in a ' 30 short cavity passively harmonic mode-locked erbium/ytterbium fiber !*·’; laser”, Opt. Lett., vol. 23, s. 123-125, 1998.
Ning ym., “Broadband semiconductor saturable absorber mirror at 1.55 μιτι using a Burstein-Moss shifted GaO.47lnO.53As/lnP distributed 35 Bragg reflector”, Electron. Lett., vol. 37, s. 375-376, 2001.
> I
Claims (16)
113507
1. Menetelmä moodilukitun pulssijonon stabiloimiseksi sähköiseen signaaliin, jossa menetelmässä puolijohdevaimentimen (4) saturoitavissa 5 oleva häviö moduloidaan optisesti pumpulla (7) mainitun moodilukitun pulssijonon muodotamiseksi, tunnettu siitä, että mainittua pumppua (7) moduloidaan sähköisellä signaalilla.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 10 mainittu sähköinen signaali käsittää korkeataajuisen signaalin.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun moduloivan korkeataajuisen signaalin taajuus on oleellisesti sama kuin mainitun moodilukitun pulssijonon toistotiheys. 15
4. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu sähköinen signaali käsittää myös DC-komponentin.
5. Patenttivaatimuksen 2, 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 20 että mainitun moduloivan korkeataajuisen signaalin taajuus on oleellisesti sama kuin mainitun moodilukitun pulssijonon toistotiheys.
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pumpun (7) lähettämää valonsädettä, jonka aallonpituus on ·;;* 25 puolijohdevaimentimen (4) energiakaistaraon yläpuolella, käytetään sekä harvinaisten maametalliatomien virittämiseen että puolijohde- • · vaimentimen (4) optiseen pumppaamiseen. • · · • · • »
7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu •V; 30 siitä, että kahta puolijohdevaimenninta käytetään itsenäisesti, jolloin .···. ensimmäistä puolijohdevaimenninta (15) käytetään moodilukitus- prosessin käynnistämiseen ja toista puolijohdevaimenninta (16) käyte-: ” tään riittävän modulaatiokertoimen saavuttamiseen optisella pump- pauksella moodilukitun pulssijonon synkronoimiseksi ulkoiseen RF-j 35 signaaliin. 11350?
8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun puolijohdevaimentimen (4) aiheuttama häviö on optisesti säädettävissä ja tuottaa aktiivisen moodilukituksen, joka on synkronoitu ulkoiseen RF-signaaliin. 5
9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että moodilukitusta pulssijonosta muodostetaan sinimuotoinen kellosignaali, jonka taajuus vastaa laserontelo-osan taajuuden suurta monikertaa, jolloin kellosignaalia käytetään pumppulähteen (7) modu- 10 lointiin.
10. Järjestelmä moodilukitun pulssijonon stabiloimiseksi sähköiseen signaaliin, joka järjestelmä käsittää pumpun (7) puolijohdevaimentimen (4) saturoitavissa olevan häviön moduloimiseksi optisesti muodosta- 15 maan mainittu moodilukittu pulssijono, tunnettu siitä, että järjestelmä käsittää lisäksi välineet (8) mainitun pumpun (7) moduloimiseksi sähköisen signaalin avulla.
11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että 20 mainittu sähköinen signaali käsittää korkeataajuisen signaalin.
12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen järjestelmä, tunnettu " siitä, että mainittu sähköinen signaali käsittää myös DC-komponentin.
13. Patenttivaatimuksen 10, 11 tai 12 mukainen järjestelmä, tunnettu 1 > siitä, että se käsittää kaksi puolijohdevaimenninta (15, 16), jolloin •j ensimmäinen puolijohdevaimennin (15) on järjestetty käytettäväksi moodilukitukseen ja toinen puolijohdevaimennin (16) on järjestetty käytettäväksi riittävän modulaatioindeksin aikaansaamiseksi optisella ;1·. 30 pumppauksella. »1 1 ]·' 14. Jonkin patenttivaatimuksen 10-13 mukainen järjestelmä, tunnettu ' siitä, että se käsittää välineet (12, 13, 14) mainitun puolijohdevaimen- timen (4) aiheuttaman häviön säätämiseksi optisesti mainitun pulssi-35 jonon aktiiviseksi moodilukitsemiseksi. • » 11350?
15. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se käsittää välineet (12), joilla moodilukitusta pulssijonosta muodostetaan sinimuotoinen kellosignaali, jonka taajuus vastaa laser-ontelo-osan taajuuden suurta monikertaa, jolloin kellosignaalia käyte- 5 tään pumppulähteen (7) modulointiin.
16. Kuitulaser, joka käsittää välineet moodilukitun pulssijonon muodostamiseksi, välineet mainitun moodilukitun pulssijonon stabiloimi-seksi sähköiseen signaaliin, puolijohdevaimentimen (4), sekä pumpun 10 (7), jolla voidaan optisesti moduloida puolijohdevaimentimen saturoita vissa oleva häviö mainitun moodilukitun pulssijonon muodostamiseksi, tunnettu siitä, että kuitulaser käsittää välineet (8) mainitun pumpun (7) moduloimiseksi sähköisen signaalin avulla. 1 » » 1 1350,7
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20020467A FI113503B (fi) | 2002-03-13 | 2002-03-13 | Menetelmä moodilukitun pulssijonon järjestämiseksi pumppumodulaation avulla |
| US10/507,579 US7940817B2 (en) | 2002-03-13 | 2003-03-07 | Method for organizing a mode-locked pulse train by pump modulation |
| PCT/FI2003/000173 WO2003077420A2 (en) | 2002-03-13 | 2003-03-07 | Method for organizing a mode-locked pulse train by pump modulation |
| AU2003209786A AU2003209786A1 (en) | 2002-03-13 | 2003-03-07 | Method for organizing a mode-locked pulse train by pump modulation |
| EP03743890A EP1490932B1 (en) | 2002-03-13 | 2003-03-07 | Method for organizing a mode-locked pulse train by pump modulation |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20020467 | 2002-03-13 | ||
| FI20020467A FI113503B (fi) | 2002-03-13 | 2002-03-13 | Menetelmä moodilukitun pulssijonon järjestämiseksi pumppumodulaation avulla |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20020467A0 FI20020467A0 (fi) | 2002-03-13 |
| FI20020467A FI20020467A (fi) | 2003-09-14 |
| FI113503B true FI113503B (fi) | 2004-04-30 |
Family
ID=8563511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20020467A FI113503B (fi) | 2002-03-13 | 2002-03-13 | Menetelmä moodilukitun pulssijonon järjestämiseksi pumppumodulaation avulla |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7940817B2 (fi) |
| EP (1) | EP1490932B1 (fi) |
| AU (1) | AU2003209786A1 (fi) |
| FI (1) | FI113503B (fi) |
| WO (1) | WO2003077420A2 (fi) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005294806A (ja) * | 2004-03-10 | 2005-10-20 | Sun Tec Kk | 広帯域光源 |
| FR2874273B1 (fr) * | 2004-08-10 | 2006-09-22 | Commissariat Energie Atomique | Generateur impulsionnel programmable electriquement et notamment un generateur impulsionnel de profils de phase et d'intensite de tres haute resolution |
| US20090059209A1 (en) * | 2007-09-05 | 2009-03-05 | An-Dien Nguyen | Lock-in demodulation technique for optical interrogation of a grating sensor |
| WO2010064238A1 (en) | 2008-12-03 | 2010-06-10 | V-Gen Ltd. | Gain-switched fiber laser |
| DE102009036273B4 (de) * | 2009-08-05 | 2014-11-13 | Jenoptik Laser Gmbh | Laser und Verfahren zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung |
| TW201228161A (en) * | 2010-12-16 | 2012-07-01 | Ind Tech Res Inst | Mode locked fiber laser system |
| WO2012165163A1 (ja) * | 2011-06-03 | 2012-12-06 | 住友電気工業株式会社 | レーザ装置及びレーザ加工方法 |
| TWI473373B (zh) | 2012-11-30 | 2015-02-11 | Ind Tech Res Inst | 間隔時間可調脈衝序列產生裝置 |
| WO2017189060A1 (en) * | 2016-04-25 | 2017-11-02 | Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate | Monolithic mode-locked laser |
| JP7043073B2 (ja) * | 2016-05-27 | 2022-03-29 | 国立大学法人 東京大学 | パルス光源及びパルス光を発生させる方法 |
| AT521942B1 (de) | 2018-12-14 | 2022-09-15 | Daniel Kopf Dr | Gütegeschalteter Festkörperlaser |
| AT522108B1 (de) * | 2019-01-31 | 2022-09-15 | Montfort Laser Gmbh | Passiv gütegeschalteter Festkörperlaser |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5008887A (en) * | 1989-04-19 | 1991-04-16 | Kafka James D | Mode-locked fiber laser |
| US5050183A (en) * | 1990-11-05 | 1991-09-17 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Figure eight shaped coherent optical pulse source |
| US5237577A (en) * | 1991-11-06 | 1993-08-17 | At&T Bell Laboratories | Monolithically integrated fabry-perot saturable absorber |
| US5414725A (en) * | 1993-08-03 | 1995-05-09 | Imra America, Inc. | Harmonic partitioning of a passively mode-locked laser |
| US5627854A (en) * | 1995-03-15 | 1997-05-06 | Lucent Technologies Inc. | Saturable bragg reflector |
| US5701319A (en) * | 1995-10-20 | 1997-12-23 | Imra America, Inc. | Method and apparatus for generating ultrashort pulses with adjustable repetition rates from passively modelocked fiber lasers |
| US6064682A (en) * | 1996-07-26 | 2000-05-16 | Wivenhoe Technology Limited | Delaying of laser pulses |
| US6097741A (en) * | 1998-02-17 | 2000-08-01 | Calmar Optcom, Inc. | Passively mode-locked fiber lasers |
| US5987049A (en) * | 1998-04-24 | 1999-11-16 | Time-Bandwidth Products Ag | Mode locked solid-state laser pumped by a non-diffraction-limited pumping source and method for generating pulsed laser radiation by pumping with a non-diffraction-limited pumping beam |
| AU7699600A (en) * | 1999-07-14 | 2001-01-30 | Calmar Optcom, Inc. | Wavelength tunable, polarization stable mode-locked fiber laser |
| DE10152507A1 (de) * | 2000-10-25 | 2002-10-02 | Stephan Schiller | Kurzpuls-optisch-parametrisches Oszillatorsystem |
-
2002
- 2002-03-13 FI FI20020467A patent/FI113503B/fi not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-03-07 AU AU2003209786A patent/AU2003209786A1/en not_active Abandoned
- 2003-03-07 EP EP03743890A patent/EP1490932B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-03-07 US US10/507,579 patent/US7940817B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-03-07 WO PCT/FI2003/000173 patent/WO2003077420A2/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2003209786A8 (en) | 2003-09-22 |
| EP1490932B1 (en) | 2012-05-30 |
| FI20020467A (fi) | 2003-09-14 |
| US7940817B2 (en) | 2011-05-10 |
| EP1490932A2 (en) | 2004-12-29 |
| WO2003077420A3 (en) | 2003-12-04 |
| FI20020467A0 (fi) | 2002-03-13 |
| WO2003077420A2 (en) | 2003-09-18 |
| US20050163170A1 (en) | 2005-07-28 |
| AU2003209786A1 (en) | 2003-09-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9653868B2 (en) | Pulsed laser sources | |
| US5701319A (en) | Method and apparatus for generating ultrashort pulses with adjustable repetition rates from passively modelocked fiber lasers | |
| US6778565B2 (en) | Pulse-generating laser | |
| JP4668378B2 (ja) | モードロック多モードファイバレーザパルス光源 | |
| US5436925A (en) | Colliding pulse mode-locked fiber ring laser using a semiconductor saturable absorber | |
| US6373867B1 (en) | Generation of a wavelength-tunable laser oscillation in a wave-guiding gain medium based on passive mode lock | |
| US20090003391A1 (en) | Low-repetition-rate ring-cavity passively mode-locked fiber laser | |
| EP3235076B1 (en) | Passively mode-locked fiber ring generator | |
| FI113503B (fi) | Menetelmä moodilukitun pulssijonon järjestämiseksi pumppumodulaation avulla | |
| US6901174B2 (en) | Device and method for multiplication of repetition frequency in optical pulse trains | |
| US10707648B2 (en) | Stable linewidth narrowing of a coherent comb laser | |
| US8144737B2 (en) | Adjustable pulsewidth picosecond fiber laser | |
| Yang et al. | Multiwavelength actively mode-locked fiber laser with a double-ring configuration and integrated cascaded sampled fiber Bragg gratings | |
| JPH0745889A (ja) | モードロックリングレーザ | |
| Lee et al. | Self-compensated dispersion tuning of a mode-locked fiber laser using a linearly chirped fiber grating | |
| Hucttl et al. | Low noise monolithic 40 GHz mode-locked DBR lasers based on GaInAsP/InP | |
| Chan et al. | Harmonically mode-locked fiber laser with optically selectable wavelength | |
| Yang et al. | Dual-wavelength actively mode-locked erbium-doped fiber laser using FBGs | |
| Wen et al. | Solitonlike pulses in an actively mode-locked fiber laser | |
| Ponomarev et al. | Computer-controlled harmonic FM mode-locking of 40-GHz repetition-rate fiber laser | |
| DULING III | Ultrashort Pulse Fiber Lasers | |
| Guina et al. | Mode-locked fiber lasers based on semiconductor saturable absorbers | |
| Teegarden et al. | Mode locked fiber lasers and their applications | |
| Seo et al. | Wavelength-Tunable Transform-Limited Pulse Generation from an Injection-Seeded Gain-Switched Fabry-Perot Laser | |
| Arahira | Optically controlled high-speed mode-locked laser diodes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: REFLEKRON OY Free format text: REFLEKRON OY |
|
| MM | Patent lapsed |