RU221482U1 - Волоконный лазерный генератор последовательности ультракоротких импульсов с высокой частотой следования на основе микроузелкового резонатора - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области оптики, в частности к технике волоконно-оптических лазерных генераторов импульсов с высокой частотой следования. Предложена схема волоконного лазерного генератора последовательности ультракоротких импульсов с высокой частотой следования импульсов. Прототип модели обладает кольцевым резонатором, состоящим из блока ввода накачки, волокна, легированного ионами эрбия, контроллера поляризации, оптического изолятора, насыщающегося поглотителя на основе углеродных нанотрубок, микрорезонатора и устройства вывода генерируемого излучения, последовательно соединенных между собой стандартным одномодовым телекоммуникационным волокном. Отличием предлагаемой конструкции генератора является то, что используемый в ней микрорезонатор представляет собой узел из вытянутого в тейпер волокна, при этом частота следования импульсов определяется диаметром микроволоконного узла. Использование микрорезонатора подобного типа позволяет значительно сократить потери излучения и избежать трудностей, связанных с подбором дисперсионных параметров. В итоге, использование волоконного микроузелкового резонатора с диаметром в несколько мм позволяет добиться генерации последовательности импульсов с частотой следования в десятки ГГц.

Description

Полезная модель относится к области оптики, в частности к технике волоконно-оптических лазерных генераторов импульсов с высокой частотой следования.

Лазерные источники ультракоротких импульсов с высокой частотой следования востребованы в ряде приложений современной фотоники - оптической связи, сигнальном процессинге, генерации гребенчатого спектра и т.д. Известным вариантом лазерного генератора последовательности импульсов с частотой следования до десятков ГГц, обладающим рядом потребительских преимуществ - компактностью, надежностью, высоким качеством пучка, удобным выводом излучения являются солитонные волоконные лазеры с пассивной гармонической синхронизацией мод, осуществляемой при помощи насыщающихся поглотителей [F. Amrani et al, "Passively mode-locked erbium-doped double-clad fiber laser operating at the 322nd harmonic" Opt. Lett. 34, 2120-2122 (2009)]. Однако, показано, что этот механизм синхронизации мод не является устойчивым при достаточно близких расстояниях между импульсами, т.е. для высоких частот следования 10 ГГц и более [U. Andral et al, "Toward an autosetting mode-locked fiber laser cavity" J. Opt. Soc. Am. B33, 825-833 (2016)]. Известна также конструкция лазерного генератора, основанного на применении встроенного в резонатор высокодобротного фильтра, обеспечивающего фильтрацию ряда мод волоконного резонатора и сохраняющего моды с частотами, отличающимися на величину параметра свободной дисперсии фильтра. Примером подобного решения является лазер на основе связанного с волокном интегрально-оптического микрорезонатора [Gaeta A. et al. Parametric comb generation via nonlinear wave mixing in high-Q optical resonator coupled to built-in laser resonator: пат.9490605 США. - 2016]. Недостатками такой схемы являются использование технически сложной схемы ввода/вывода излучения в/из микрорезонатора, приводящей к существенным потерям и значительные трудности подборе дисперсионных параметров интегрально-оптического микрорезонатора.

За прототип полезной модели взята стандартная модель кольцевого волоконного лазера с элементом насыщающегося поглощения на основе углеродных нанотрубок [Sun, Z., et al "Ultrafast lasers mode-locked by nanotubes and graphene" Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 44(6), 1082-1091 (2012)] и встроенного высокодобротного интегрально-оптического микрорезонатора, необходимого для фильтрации мод кольцевого волоконного резонатора. Как уже отмечено выше, недостатками данной конфигурации являются: значительные потери излучения при его вводе/выводе в/из микрорезонатора и технические трудности подборе дисперсионных параметров интегрально-оптического микрорезонатора. Для их устранения предложена данная полезная модель.

Основной целью является упрощение конфигурации волоконного лазера- генератора импульсных последовательностей с высокой частотой следования и исключение из конфигурации дорогостоящих и сложных в изготовлении элементов - высокодобротного интегрально-оптического микрорезонатора и элементов ввода/вывода излучения в/из микрорезонатора. При этом модернизированная конфигурация должна обеспечивать генерацию последовательностей импульсов с частотами следования более 10 ГГц. Цель достигается за счет использования в конфигурации волоконного генератора волоконного микроузелкового резонатора, заменяющего высокодобротный интегрально-оптический микрорезонатор.

Схема предлагаемой полезной модели приведена на фиг. 1,

где цифрами обозначены блок ввода накачки - 1, волокно, легированное ионами эрбия - 2, контроллер поляризации - 3, оптического изолятора - 4, устройства вывода генерируемого излучения - 5, насыщающегося поглотителя на основе углеродных нанотрубок - 6 и волоконного микроузелкового резонатора - 7, последовательно соединенных между собой стандартным одномодовым телекоммуникационным волокном - 8.

Волоконный микроузелковый резонатор (фиг. 2) представляет собой микроузел, формируемый из микроволокон диаметром менее 3 микрометров, обеспечивающий накопление оптической мощности внутри резонатора при малых собственных потерях. Он изготавливается из предварительно зачищенного отрезка волокна при помощи трансляционных платформ и водородной горелки. Вытянутое (тейперированное) волокно завязывается в узел, который фиксируется при помощи электрической дуги. Основной параметр микроузелкового резонатора - область свободной дисперсии определяется диаметром микрокольца. Коэффициент перекачки мощности, параметры добротности и селективности могут быть отрегулированы настройками дугового разряда.

Пример спектра оптического пропускания волоконного микроузелкового резонатора диаметром ~1.8 мм (фиг. 3). Как можно видеть, данному диаметру соответствует область свободной дисперсии около 36 ГГц (около 0.3 нм на длине волны 1550 нм). Устройство микроузелкового резонатора позволяет легко встраивать его в схемы волоконных лазеров (в отличие от интегрально-оптических резонаторов, требующих специальных дорогостоящих систем коммутации с оптическим волоконом), что значительно упрощает и удешевляет конструкцию волоконных лазеров со встроенным фильтром.

Волоконный микроузелковый резонатор данного диаметра (~1.8 мм) был встроен в кольцевую схему генератора ультракоротких импульсов с высокой частотой следования (фиг. 1). При превышении накачкой величины 180 мВт была зафиксирована генерация импульсной последовательности с частотой следования 36 ГГц, соответствующей диаметру микроузелкового резонатора Оптический спектр и автокорреляция импульсной последовательности (фиг.4).

При встраивании в кольцевую схему генератора ультракоротких импульсов волоконного микроузелкового резонатора диаметром около 5.5 мм после достижения накачкой уровня 110 мВт была зафиксирована генерация последовательности импульсов с частотой следования около 12 ГГц, что также соответствует диаметру узла. На Фиг. 5 показан оптический спектр и автокорреляция наблюдаемой импульсной последовательности. Таким образом, поставленная цель достигнута. Экспериментально показано, что в конфигурации волоконного лазера - генератора импульсных последовательностей с высокой частотой следования, вместо интегрально-оптического высокодобротного микрорезонатора может быть использован волоконный микроузелковый резонатор. Продемонстрировано, что не смотря на существенное упрощение и удешевление, конфигурация на основе волоконного микроузелкового резонатора обеспечивает генерацию последовательностей импульсов с частотами следования более 10 ГГц и перспективна для использования в широком ряду приложений.

Claims (1)

1. Волоконный лазерный генератор последовательности ультракоротких импульсов с высокой частотой следования, представляющий собой кольцевой волоконный резонатор, состоящий из блока ввода накачки, волокна, легированного ионами эрбия, контроллера поляризации, оптического изолятора, насыщающегося поглотителя на основе углеродных нанотрубок, микрорезонатора и устройства вывода генерируемого излучения, последовательно соединенных между собой одномодовым телекоммуникационным волокном, отличающийся тем, что микрорезонатор представляет собой узел из вытянутого в тейпер волокна, при этом частота следования импульсов определяется диаметром микроволоконного узла.