RU2618605C1 - Fiber pulse laser with non-linear mirror - Google Patents

Fiber pulse laser with non-linear mirror Download PDF

Info

Publication number
RU2618605C1
RU2618605C1 RU2015154092A RU2015154092A RU2618605C1 RU 2618605 C1 RU2618605 C1 RU 2618605C1 RU 2015154092 A RU2015154092 A RU 2015154092A RU 2015154092 A RU2015154092 A RU 2015154092A RU 2618605 C1 RU2618605 C1 RU 2618605C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fiber
port
active
additional
coupler
Prior art date
Application number
RU2015154092A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Владимирович Иваненко
Сергей Валерьевич Смирнов
Сергей Михайлович Кобцев
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ)
Priority to RU2015154092A priority Critical patent/RU2618605C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2618605C1 publication Critical patent/RU2618605C1/en

Links

Images

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
    • H01S3/05—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
    • H01S3/06791—Fibre ring lasers

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: fiber laser contains a pumping source and a resonator made entirely of polarization-preserving elements and consisting of two fiber loops, passive and active, connected via a fused fiber four-port coupler. In the active loop of the resonator, an additional segment of the active fiber, an additional fiber combiner of wavelengths and an additional pump source are introduced. One end of the additional active fiber section is connected to the fourth port of the fused fiber four-port coupler and the other end of the additional active fiber section is connected to the output port of the additional fiber wavelength combiner whose pump input is connected to an additional pump source and the signal port is connected to the signal port of the main fiber combiner of wavelengths.
EFFECT: ensuring the possibility of implementing a stable passive mode synchronization of radiation, increasing the efficiency of converting the energy of optical pumping into the energy of generated pulses, ensuring the reliability of the design and the absence of maintenance in service and after transport.
1 dwg

Description

Изобретение относится к лазерам - приборам для генерации с использованием стимулирующего излучения когерентных электромагнитных волн.The invention relates to lasers - devices for generation using stimulating radiation of coherent electromagnetic waves.

Известен волоконный лазер с пассивной синхронизацией мод излучения за счет нелинейного петлевого зеркала (D.J. Richardson; R.I. Laming; D.N. Payne; V. Matsas; M.W. Phillips. Selfstarting, passively modelocked erbium fibre ring laser based on the amplifying Sagnac switch. Electronics Letters, Volume 27, Issue 6, p. 542-544 (1991) [1], I.N. Duling. Subpicosecond all-fibre erbium laser. Electronics Letters, Volume 27, Issue 6, p. 544-545 (1991) [2]). Режим пассивной синхронизации мод достигается настройкой состояния поляризации внутрирезонаторного излучения лазера с помощью волоконных контроллеров поляризации, используемых в резонаторе волоконного лазера в качестве двулучепреломляющих элементов фазовой задержки.A well-known fiber laser with passive synchronization of radiation modes due to a nonlinear loop mirror (DJ Richardson; RI Laming; DN Payne; V. Matsas; MW Phillips. Selfstarting, passively modelocked erbium fiber ring laser based on the amplifying Sagnac switch. Electronics Letters, Volume 27 , Issue 6, p. 542-544 (1991) [1], IN Duling. Subpicosecond all-fiber erbium laser Electronics Letters, Volume 27, Issue 6, p. 544-545 (1991) [2]). Passive mode locking is achieved by adjusting the polarization state of the intracavity laser radiation using fiber polarization controllers used in the fiber laser cavity as birefringent phase delay elements.

Недостатками данного технического решения является то, что в конструкции лазера в качестве двулучепреломляющих элементов фазовой задержки используются контроллеры поляризации, основанные на механической деформации волокна. Вносимые контроллерами поляризации фазовые задержки с течением времени могут изменяться вследствие пластических деформаций оптического волокна, что приводит к выходу лазера из заданного режима генерации и необходимости его подстройки, технического обслуживания высококвалифицированными специалистами, контроля параметров лазерного излучения с помощью специального оборудования, что сопряжено со значительными затратами времени и материальных ресурсов.The disadvantages of this technical solution is that the laser design uses polarization controllers based on mechanical deformation of the fiber as birefringent phase delay elements. The phase delays introduced by the polarization controllers can change over time due to plastic deformations of the optical fiber, which leads to the laser coming out of the given generation mode and the need for its adjustment, maintenance by highly qualified specialists, and monitoring of laser radiation parameters using special equipment, which is time-consuming. and material resources.

Также из существующего уровня техники известен волоконный лазер синхронизации мод излучения за счет нелинейного петлевого зеркала и с резонатором, состоящим полностью из элементов сохраняющих поляризацию (Nicholson J.W., Andrejco M. A polarization maintaining, dispersion managed, femtosecond figure-eight fiber laser. Optics Express, T. 14, №18, p. 8160-8167 (2006) [3]), что позволяет исключить из конструкции лазера контроллеры поляризации.Also known from the prior art is a fiber laser synchronizing radiation modes due to a non-linear loop mirror and with a cavity consisting entirely of polarizing preservation elements (Nicholson JW, Andrejco M. A polarization maintaining, dispersion managed, femtosecond figure-eight fiber laser. Optics Express, T. 14, No. 18, p. 8160-8167 (2006) [3]), which makes it possible to exclude polarization controllers from the design of the laser.

Для запуска режима синхронизации мод в конструкцию лазера внесен дополнительный элемент - высокочастотный оптический модулятор интенсивности с модулем управления. Режим пассивной синхронизации мод достигается настройкой частоты модулятора на частоту, равную частоте обхода резонатора, которая задается длинной резонатора.To start the mode synchronization mode, an additional element was introduced into the laser design - a high-frequency optical intensity modulator with a control module. Passive mode locking is achieved by tuning the modulator frequency to a frequency equal to the resonator bypass frequency, which is set by the cavity length.

Недостатками данного лазера являются необходимость использования в конструкции лазера дополнительных элементов: оптического модулятора интенсивности с модулем управления, что усложняет конструкцию лазера, увеличивает его стоимость и снижает ресурс работы. Помимо этого, при использовании в конструкции лазера оптических модуляторов излучения для старта режима синхронизации мод требуется точная настройка частоты модулятора с частотой обхода резонатора. Более того, высокочастотные оптические модуляторы интенсивности в волоконном исполнении обладают низким порогом разрушения по средней мощности излучения (средняя входная мощность излучения не должна превышать нескольких десятков милливатт (мВт), что ограничивает выходную среднюю мощность таких лазеров на уровне единиц мВт (для известного из уровня техники решения [3] средняя выходная мощность порядка 50 мкВт).The disadvantages of this laser are the need to use additional elements in the laser design: an optical intensity modulator with a control module, which complicates the design of the laser, increases its cost and reduces the operating life. In addition, when using optical radiation modulators in the laser design, to start the mode synchronization mode, fine tuning of the modulator frequency with the resonator bypass frequency is required. Moreover, high-frequency fiber-optic intensity intensity modulators have a low destruction threshold for the average radiation power (the average input radiation power should not exceed several tens of milliwatts (mW), which limits the output average power of such lasers to units of mW (for the prior art solutions [3] average output power of the order of 50 μW).

Наиболее близким к заявляемому устройству является волоконный лазер с пассивной синхронизацией мод за счет нелинейного петлевого зеркала и с резонатором, состоящим полностью из элементов сохраняющих поляризацию, описанный в работе: Aguergaray C. et al. Mode-locked femtosecond all-normal all-PM Yb-doped fiber laser using a nonlinear amplifying loop mirror. Optics Express, T. 20, №10, c. 10545-10551 (2012) [4].Closest to the claimed device is a fiber laser with passive mode locking due to a nonlinear loop mirror and with a resonator consisting entirely of elements preserving polarization, described in: Aguergaray C. et al. Mode-locked femtosecond all-normal all-PM Yb-doped fiber laser using a nonlinear amplifying loop mirror. Optics Express, T. 20, No. 10, p. 10545-10551 (2012) [4].

В известном из указанной работы прототипе режим синхронизации мод осуществляется за счет работы нелинейного петлевого зеркала при достижении определенной мощности излучения в нем. Работа прототипа основана на зависимости мощности излучения, отраженного нелинейным петлевым зеркалом в разные порты волоконного четырехпортового ответвителя от разности нелинейного набега фаз волн, прошедших нелинейное волоконное петлевое зеркало во встречных направлениях (Okhotnikov О.G., Araujo F.М. Cavity dumping of fiber lasers by phase-modulated optical loop mirrors. Optics Letters, T. 21, №1, c. 57-58 (1996) [5]).In the prototype known from the aforementioned work, the mode synchronization mode is carried out due to the operation of a nonlinear loop mirror when a certain radiation power is reached in it. The work of the prototype is based on the dependence of the radiation power reflected by a nonlinear loop mirror into different ports of the four-port fiber coupler on the difference of the nonlinear phase incursion of waves that have passed the nonlinear fiber loop mirror in opposite directions (Okhotnikov O.G., Araujo F.M. Cavity dumping of fiber lasers by phase-modulated optical loop mirrors. Optics Letters, T. 21, No. 1, p. 57-58 (1996) [5]).

Недостатком данного технического решения является невозможность получения средней мощности генерации лазера выше нескольких сотен мВт. Мгновенный коэффициент пропускания Т нелинейного петлевого зеркала является периодической функцией разности нелинейного набега фаз Δφ: T=1-2r(1-r)[1+cos(Δφ)], где r=0.5 - коэффициент деления сплавного волоконного ответвителя, Δφ - разность нелинейного набега фаз встречных волн, приходящих на входы сплавного ответвителя [5]. При увеличении мощности излучения в нелинейном петлевом зеркале без использования специальных мер автоматически увеличивается разность нелинейного набега фаз Δφ. В случае, если разность нелинейного набега фаз становится больше π, периодическая зависимость коэффициента пропускания Т(Δφ) нелинейного петлевого зеркала приводит к неустойчивой работе лазера, срыву режима генерации и/или формированию в его излучении стохастических суб-импульсов (Y.S. Fedotov, A.V. Ivanenko, S.M. Kobtsev, S.V. Smirnov. High average power mode-locked figure-eight Yb fibre master oscillator. Optics Express, Vol. 22, Issue 25, pp. 31379-31386 (2014) [6]), что делает излучение такого лазера неприемлемым для ряда практических применений.The disadvantage of this technical solution is the impossibility of obtaining an average laser generation power above several hundred mW. The instantaneous transmittance T of a nonlinear loop mirror is a periodic function of the difference of the nonlinear phase incursion Δφ: T = 1-2r (1-r) [1 + cos (Δφ)], where r = 0.5 is the division coefficient of the alloy fiber coupler, Δφ is the difference of the nonlinear the phase advance of counterpropagating waves arriving at the inputs of the alloy coupler [5]. With an increase in the radiation power in a nonlinear loop mirror without the use of special measures, the difference in the nonlinear phase incursion Δφ automatically increases. If the difference in the nonlinear phase incursion becomes larger than π, the periodic dependence of the transmittance T (Δφ) of the nonlinear loop mirror leads to unstable laser operation, disruption of the generation regime and / or the formation of stochastic sub-pulses in its radiation (YS Fedotov, AV Ivanenko, SM Kobtsev, SV Smirnov. High average power mode-locked figure-eight Yb fiber master oscillator. Optics Express, Vol. 22, Issue 25, pp. 31379-31386 (2014) [6]), which makes the emission of such a laser unacceptable for a number of practical applications.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание волоконного лазера с пассивной синхронизацией мод, обеспечивающего стабильный режим генерации импульсного излучения со средней мощностью более 0.5 Вт.The problem to which the invention is directed, is to create a fiber laser with passive mode locking, which provides a stable mode of generation of pulsed radiation with an average power of more than 0.5 watts.

Поставленная задача решается за счет того, что в волоконный лазер, содержащий источник накачки и резонатор, выполненный полностью из элементов, сохраняющих поляризацию, и состоящий из двух волоконных петель - пассивной и активной, соединяющихся посредством сплавного волоконного четырехпортового ответвителя; пассивная петля резонатора содержит выходной ответвитель, выводящий часть излучения из резонатора через третий порт и соединенный первым портом с первым портом сплавного волоконного четырехпортового ответвителя, а вторым портом соединенный с входом волоконного изолятора, выход которого соединен со вторым портом сплавного волоконного четырехпортового ответвителя; активная петля образует нелинейное петлевое зеркало и содержит отрезок активного волокна, один конец которого соединен с третьим портом сплавного волоконного четырехпортового ответвителя, а другой конец соединен с выходным портом основного волоконного объединителя длин волн, вход накачки которого соединен с источником накачки; согласно изобретению для достижения высоких средних мощностей излучения в режиме синхронизации мод в активную петлю резонатора введены дополнительный отрезок активного волокна, дополнительный волоконный объединитель длин волн и дополнительный источник накачки, при этом один конец дополнительного отрезка активного волокна соединен с четвертым портом сплавного волоконного четырехпортового ответвителя, а другой конец дополнительного отрезка активного волокна соединен с выходным портом дополнительного волоконного объединителя длин волн, вход накачки которого соединен с дополнительным источником накачки, а сигнальный порт соединен с сигнальным портом основного волоконного объединителя длин волн.The problem is solved due to the fact that in a fiber laser containing a pump source and a resonator made entirely of elements that preserve polarization, and consisting of two fiber loops - passive and active, connected by means of an alloy fiber four-port coupler; the passive cavity of the resonator comprises an output coupler that outputs part of the radiation from the resonator through a third port and is connected by a first port to a first port of an alloy fiber four-port coupler, and a second port is connected to an input of a fiber insulator whose output is connected to a second port of an alloy fiber four-port coupler; the active loop forms a nonlinear loop mirror and contains a segment of active fiber, one end of which is connected to the third port of the alloy four-port fiber coupler, and the other end is connected to the output port of the main fiber wavelength combiner, the pump input of which is connected to the pump source; according to the invention, in order to achieve high average radiation powers in the mode synchronization mode, an additional segment of active fiber, an additional fiber combiner of wavelengths and an additional pump source are introduced into the active loop of the resonator, while one end of the additional segment of active fiber is connected to the fourth port of the alloy fiber four-port coupler, and the other end of the additional segment of active fiber is connected to the output port of the additional fiber combiner length waves, the input pump which is connected to an additional pump source and a signal port connected to a signal port core fiber combiner wavelengths.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность реализации в волоконном лазере стабильной пассивной синхронизацией мод излучения, обеспечивающей режим генерации одиночных импульсов с высокой средней мощностью более 0.5 Вт, высокую эффективность преобразования энергии оптической накачки в энергию генерируемых импульсов, надежность конструкции и отсутствие необходимости технического обслуживания в процессе эксплуатации и после транспортировки.The technical result provided by the given set of features is the possibility of realizing stable passive synchronization of radiation modes in a fiber laser, which ensures the generation of single pulses with a high average power of more than 0.5 W, high efficiency of converting optical pumping energy into energy of generated pulses, reliable design and no technical need maintenance during operation and after transportation.

Сущность изобретения поясняется схемой предлагаемого устройства, представленной на фиг. 1.The invention is illustrated by the diagram of the proposed device, shown in FIG. one.

Устройство состоит из следующих элементов:The device consists of the following elements:

1 - источник накачки,1 - pump source,

2 - резонатор лазера,2 - laser cavity,

3 - пассивная петля резонатора 2 лазера,3 - passive loop of the resonator 2 of the laser,

4 - активная петля резонатора 2 лазера,4 - active loop of the laser resonator 2,

5 - сплавной волоконный четырехпортовый ответвитель,5 - alloy fiber four-port coupler,

5.1 - первый порт сплавного волоконного четырехпортового ответвителя 55.1 - the first port of the alloy fiber four-port coupler 5

5.2 - второй порт сплавного волоконного четырехпортового ответвителя 5,5.2 - the second port of the alloy fiber four-port coupler 5,

5.3 - третий порт сплавного волоконного четырехпортового ответвителя 5,5.3 - the third port of the alloy fiber four-port coupler 5,

5.4 - четвертый порт сплавного волоконного четырехпортового ответвителя 5,5.4 - the fourth port of the alloy fiber four-port coupler 5,

6 - волоконный изолятор,6 - fiber insulator,

7 - волоконный выходной ответвитель,7 - fiber output coupler,

7.1 - первый порт волоконного выходного ответвителя 7,7.1 - the first port of the fiber output coupler 7,

7.2 - второй порт волоконного выходного ответвителя 7,7.2 - the second port of the fiber output coupler 7,

7.3 - третий порт волоконного выходного ответвителя 7.7.3 - the third port of the fiber output coupler 7.

8 - отрезок активного волокна,8 - segment of active fiber,

9 - объединитель длин волн,9 - a combiner of wavelengths,

10 - дополнительный отрезок активного волокна,10 - an additional segment of the active fiber,

11 - дополнительный источник накачки,11 is an additional source of pumping,

12 - дополнительный объединитель длин волн,12 is an additional combiner of wavelengths,

13 - выход волоконного лазера.13 - output of a fiber laser.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Излучение от источников накачки 1 и 11 с длиной волны λ0 вводится в резонатор 2 импульсного лазера через волоконные объединители 9 и 12 и поступает в отрезки активного волокна 8 и 10, где оно поглощается, вызывая переходы атомов в возбужденное квантовое состояние, в результате чего происходят генерация и усиление излучения на длине волны генерации λ1.Radiation from pump sources 1 and 11 with a wavelength of λ 0 is introduced into the resonator 2 of the pulsed laser through fiber combiners 9 and 12 and enters the segments of the active fiber 8 and 10, where it is absorbed, causing transitions of atoms to the excited quantum state, as a result of which generation and amplification of radiation at a wavelength of λ 1 .

Из активной петли 4, образующей нелинейное петлевое зеркало, излучение с длиной волны λ1 через сплавной волоконный четырехпортовый ответвитель 5 попадает в пассивную петлю 3. При входе в пассивную петлю 3 входное излучение на длине волны λ1 за счет сплавного волоконного четырехпортового ответвителя 5 разделяется на две части, проходящие через первый порт 5.1 и второй порт 5.2 сплавного волоконного четырехпортового ответвителя 5 и распространяющиеся в пассивной петле 3 в противоположных направлениях. Излучение на длине волны генерации λ1, прошедшее в пассивную петлю 3 через второй порт 5.2 сплавного волоконного четырехпортового ответвителя 5, поглощается волоконным изолятором 6.From the active loop 4, forming a nonlinear loop mirror, radiation with a wavelength of λ 1 through an alloyed fiber four-port coupler 5 enters the passive loop 3. When entering the passive loop 3, the input radiation at a wavelength of λ 1 due to the alloyed fiber four-port coupler 5 is divided into two parts passing through the first port 5.1 and the second port 5.2 of the alloy fiber four-port coupler 5 and propagating in the passive loop 3 in opposite directions. Radiation at a wavelength of lasing λ 1 , passed into the passive loop 3 through the second port 5.2 of the alloy fiber four-port coupler 5, is absorbed by the fiber insulator 6.

Другая часть излучения на длине волны генерации λ1, прошедшая в пассивную петлю 3 через первый порт 5.1 сплавного волоконного четырехпортового ответвителя 5, поступает в волоконный ответвитель 7, где снова делится и частично выводится из резонатора 2 через выход 13. Оставшаяся в резонаторе часть излучения поступает на вход волоконного изолятора 6 и после прохождения его поступает через второй порт 5.2 сплавного волоконного четырехпортового ответвителя 5 в активную петлю 4. При входе в активную петлю 4 излучение на длине волны генерации λ1 разделяется сплавным волоконным четырехпортовым ответвителем 5 на две части, распространяющиеся в активной петле 4 во встречных направлениях. Эти части излучения при прохождении активной петли 4 получают разные нелинейные набеги фазы, зависящие от коэффициентов усиления в отрезках активного волокна 8 и 10 и длин отрезков активного волокна 8 и 10.Another part of the radiation at the generation wavelength λ 1 , which passed into the passive loop 3 through the first port 5.1 of the alloy four-port fiber coupler 5, enters the fiber coupler 7, where it is again divided and partially removed from the resonator 2 through the output 13. The remaining part of the radiation in the resonator at the input of the fiber insulator 6 and after passing through it, it passes through the second port 5.2 of the alloy fiber four-port coupler 5 into the active loop 4. When entering the active loop 4, the radiation at the generation wavelength λ 1 section It is fused with a four-port alloy fiber coupler 5 into two parts, propagating in the active loop 4 in opposite directions. These parts of the radiation during the passage of the active loop 4 receive different nonlinear phase incursions, depending on the gain in the segments of the active fiber 8 and 10 and the lengths of the segments of the active fiber 8 and 10.

После прохождения активной петли указанные части излучения на длине волны генерации λ1 интерферируют друг с другом и вновь входят в пассивную петлю через сплавной волоконный четырехпортовый ответвитель 5. Коэффициент прохождения в первый порт 5.1 и второй порт 5.2 сплавного волоконного четырехпортового ответвителя 5 зависит от разности нелинейного набега фаз Δφ излучения при распространении в активной петле 4 и определяется формулойAfter the active loop passes, the indicated parts of the radiation at the generation wavelength λ 1 interfere with each other and again enter the passive loop through the alloy fiber four-port coupler 5. The transmission coefficient to the first port 5.1 and second port 5.2 of the alloy fiber four-port coupler 5 depends on the difference in the nonlinear incursion phases Δφ of radiation during propagation in the active loop 4 and is determined by the formula

Т=1-2r(1-r)[1+cos(Δφ)],T = 1-2r (1-r) [1 + cos (Δφ)],

где Т - доля энергии излучения, прошедшая из активной петли 4 в пассивную петлю 3 через первый порт 5.1 сплавного волоконного четырехпортового ответвителя 5 (соответственно, 1-Т - доля энергии, прошедшая из активной петли 4 в пассивную петлю 3 через второй порт 5.2 сплавного волоконного четырехпортового ответвителя 5), r - коэффициент деления сплавного волоконного четырехпортового ответвителя 5, Δφ - разность нелинейного набега фаз встречных волн при распространении через активную петлю 4 [5].where T is the fraction of the radiation energy transmitted from the active loop 4 to the passive loop 3 through the first port 5.1 of the alloy four-port fiber coupler 5 (respectively, 1-Т is the fraction of the energy transmitted from the active loop 4 to the passive loop 3 through the second port 5.2 of the alloy fiber four-port coupler 5), r is the division coefficient of the alloy fiber four-port coupler 5, Δφ is the difference in the nonlinear phase incursion of the opposing waves propagating through the active loop 4 [5].

Нелинейный набег фазы излучения в активной петле 4 равен интегралу ∫γPdz, где γ - нелинейный коэффициент волокна, P - мощность излучения, z - координата вдоль волокна. Разность нелинейного набега фаз Δφ для встречных волн определяется асимметрией распределения мощности P(z) в активной петле 4 и при этом пропорционально мощности излучения Р. В пределе очень малых мощностей излучения разность нелинейного набега фаз Δφ для встречных волн близка к нулю, что приводит к малому коэффициенту пропускания Т в первый порт 5.1 сплавного волоконного четырехпортового ответвителя 5, т.е. практически все излучение проходит из активной петли 4 в пассивную петлю 3 через второй порт 5.2 сплавного волоконного четырехпортового ответвителя 5 и поглощается в волоконном изоляторе 6. При увеличении мощности излучения в активной петле 4, разность нелинейного набега фаз Δφ для встречных волн будет возрастать, что приведет к увеличению доли энергии Т, прошедшей из активной петли 4 в пассивную петлю 3 через первый порт 5.1 сплавного волоконного четырехпортового ответвителя 5, которая не поглощается в волоконном изоляторе 6. Следовательно, с ростом мощности будут уменьшаться оптические потери излучения на волоконном изоляторе 6, так что рассмотренная волоконно-оптическая система будет работать как насыщающийся поглотитель, что приведет к формированию в резонаторе лазера мощных импульсов.The nonlinear incursion of the radiation phase in the active loop 4 is equal to the integral ∫γPdz, where γ is the nonlinear coefficient of the fiber, P is the radiation power, z is the coordinate along the fiber. The difference in the nonlinear phase shift Δφ for counterpropagating waves is determined by the asymmetry of the power distribution P (z) in the active loop 4 and is proportional to the radiation power P. In the limit of very small radiation powers, the difference in nonlinear phase incidence Δφ for counterpropagating waves is close to zero, which leads to a small transmittance T to the first port 5.1 of the alloy four-port fiber coupler 5, i.e. almost all the radiation passes from the active loop 4 to the passive loop 3 through the second port 5.2 of the alloy four-port fiber coupler 5 and is absorbed in the fiber insulator 6. With an increase in the radiation power in the active loop 4, the difference in the nonlinear phase shift Δφ for counterpropagating waves will increase, which will result to increase the fraction of energy T transmitted from the active loop 4 to the passive loop 3 through the first port 5.1 of the alloy fiber four-port coupler 5, which is not absorbed in the fiber insulator 6. Therefore, with Ost will decrease the optical power of the radiation loss in the fiber insulator 6, so that the considered optical fiber system will operate as saturable absorber, resulting in the formation of powerful pulses of laser resonator.

Для стабильной работы лазера необходимо, чтобы разность нелинейного набега фаз Δφ для встречных волн в активной петле 4 была меньше π, в противном случае зависимость коэффициента пропускания Т(Δφ) становится немонотонной, что приводит к срыву режима генерации и/или формированию цугов со стохастическим наполнением субимпульсами (S. Kobtsev, S. Kukarin, S. Smimov, S. Turitsyn, A. Latkin. Generation of double-scale femto/pico-second optical lumps in mode-locked fiber lasers. Optics Express, v. 17, N23, pp. 20707-20713 (2009) [7]).For stable laser operation, it is necessary that the difference in the nonlinear phase shift Δφ for counterpropagating waves in the active loop 4 be less than π, otherwise the dependence of the transmittance T (Δφ) becomes nonmonotonic, which leads to a breakdown of the generation mode and / or the formation of trains with stochastic filling subpulses (S. Kobtsev, S. Kukarin, S. Smimov, S. Turitsyn, A. Latkin. Generation of double-scale femto / pico-second optical lumps in mode-locked fiber lasers. Optics Express, v. 17, N23, pp. 20707-20713 (2009) [7]).

Управляя мощностью накачки модулей накачки 1 и 11, можно изменять коэффициенты усиления в отрезках активного волокна 8 и 10, создавая управляемую асимметрию по z распределения мощности P(z) в активной петле 4, обеспечивая условие Δφ<π при любых уровнях мощности излучения, распространяющегося в нелинейном петлевом зеркале 4. В частности, при запуске режима генерации в лазере, когда мощности излучения, распространяющегося в нелинейном петлевом зеркале 4, малы, следует использовать сильно отличающиеся уровни мощности источников накачки 1 и 11, что обеспечит большую асимметрию по z распределения мощности P(z) в нелинейном петлевом зеркале 4 и запуск режима генерации при малых мощностях. Далее следует повышать и выравнивать уровни мощности источников накачки 1 и 11, что обеспечит повышение мощности излучения с одновременным уменьшением асимметрии по z распределения мощности P(z) в нелинейном петлевом зеркале 4, сохранение разности нелинейного набега фаз Δφ для встречных волн в активной петле 4 меньше π и устойчивый режим генерации при высоком уровне мощности.By controlling the pump power of the pump modules 1 and 11, one can change the gain in the segments of the active fiber 8 and 10, creating a controlled asymmetry in z of the power distribution P (z) in the active loop 4, providing the condition Δφ <π for any radiation power level propagating in nonlinear loop mirror 4. In particular, when the lasing mode in the laser is started, when the radiation power propagating in the nonlinear loop mirror 4 is small, very different power levels of pump sources 1 and 11 should be used, which provides a large asymmetry in z of the power distribution P (z) in the nonlinear loop mirror 4 and the start of the generation mode at low powers. Next, it is necessary to increase and equalize the power levels of pump sources 1 and 11, which will increase the radiation power while reducing the asymmetry in z of the power distribution P (z) in the nonlinear loop mirror 4, and the difference in the nonlinear phase incursion Δφ for counterpropagating waves in the active loop 4 is less π and stable generation at a high power level.

Источники информацииInformation sources

1. Electronics Letters. - 1991. - Vol. 27. - No 6. - P. 542-544.1. Electronics Letters. - 1991. - Vol. 27. - No. 6. - P. 542-544.

2. Electronics Letters. - 1991. - Vol. 27. - No 6. - P. 544-545.2. Electronics Letters. - 1991. - Vol. 27. - No. 6 .-- P. 544-545.

3. Optics Express. - 2006. - Vol. 14. - No 18. - P. 8160-8167.3. Optics Express. - 2006. - Vol. 14. - No 18. - P. 8160-8167.

4. Optics Express. - 2012. - Vol. 20. - No 10. - P. 10545-10551.4. Optics Express. - 2012. - Vol. 20. - No. 10. - P. 10545-10551.

5. Optics Letters. - 1996. - Vol. 21. - No 1. - P. 57-58.5. Optics Letters. - 1996. - Vol. 21. - No 1. - P. 57-58.

6. Optics Express. - 2014. - Vol. 22. - No 25. - P. 31379-31386.6. Optics Express. - 2014 .-- Vol. 22. - No. 25. - P. 31379-31386.

7. Optics Express. - 2009. - Vol. 17. - No 23. - P. 20707-20713.7. Optics Express. - 2009. - Vol. 17. - No. 23. - P. 20707-20713.

Claims (1)

Волоконный импульсный лазер с нелинейным петлевым зеркалом, содержащий источник накачки и резонатор, выполненный полностью из элементов, сохраняющих поляризацию, и состоящий из двух волоконных петель - пассивной и активной, соединяющихся посредством сплавного волоконного четырехпортового ответвителя; пассивная петля резонатора содержит выходной ответвитель, выводящий часть генерируемого лазерного излучения из резонатора через третий порт; выходной ответвитель соединен первым портом с первым портом сплавного волоконного четырехпортового ответвителя, а вторым портом - с входом волоконного изолятора, выход которого соединен со вторым портом сплавного волоконного четырехпортового ответвителя; активная петля образует нелинейное петлевое зеркало и содержит отрезок активного волокна, один конец которого соединен с третьим портом сплавного волоконного четырехпортового ответвителя, а другой конец соединен с выходным портом основного волоконного объединителя длин волн, вход накачки которого соединен с источником накачки, отличающийся тем, что в резонаторе в активную петлю введены дополнительный отрезок активного волокна, дополнительный волоконный объединитель длин волн и дополнительный источник накачки, при этом дополнительный отрезок активного волокна соединен одним концом с четвертым портом сплавного волоконного четырехпортового ответвителя, а другим концом соединен с выходным портом дополнительного волоконного объединителя длин волн, вход накачки которого соединен с дополнительным источником накачки, а сигнальный порт соединен с сигнальным портом основного волоконного объединителя длин волн.A pulsed fiber laser with a nonlinear loop mirror, containing a pump source and a resonator made entirely of elements that preserve polarization, and consisting of two fiber loops - passive and active, connected by means of an alloy fiber four-port coupler; the passive cavity of the resonator comprises an output coupler, outputting part of the generated laser radiation from the cavity through the third port; an output coupler is connected by a first port to a first port of an alloy fiber four-port coupler, and a second port to an input of a fiber insulator whose output is connected to a second port of an alloy fiber four-port coupler; the active loop forms a nonlinear loop mirror and contains a segment of active fiber, one end of which is connected to the third port of the alloy four-port fiber coupler, and the other end is connected to the output port of the main fiber wavelength combiner, the pump input of which is connected to the pump source, characterized in that an additional segment of active fiber, an additional fiber combiner of wavelengths and an additional pump source are introduced into the active loop in the cavity the first segment of the active fiber is connected at one end to the fourth port of the alloy fiber four-port coupler, and at the other end is connected to the output port of an additional fiber wavelength combiner, the pump input of which is connected to an additional pump source, and the signal port is connected to the signal port of the main fiber wavelength combiner.
RU2015154092A 2015-12-16 2015-12-16 Fiber pulse laser with non-linear mirror RU2618605C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154092A RU2618605C1 (en) 2015-12-16 2015-12-16 Fiber pulse laser with non-linear mirror

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015154092A RU2618605C1 (en) 2015-12-16 2015-12-16 Fiber pulse laser with non-linear mirror

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2618605C1 true RU2618605C1 (en) 2017-05-04

Family

ID=58697904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015154092A RU2618605C1 (en) 2015-12-16 2015-12-16 Fiber pulse laser with non-linear mirror

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2618605C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2180768C2 (en) * 1996-04-02 2002-03-20 Корнинг Инкорпорейтед Switchable fiber-optic device for fiber-optic transmission system and its components
WO2008063531A2 (en) * 2006-11-16 2008-05-29 Furukawa Electric North America, Inc. Passively modelocked figure eight fiber laser
EP2637265A1 (en) * 2012-03-05 2013-09-11 Menlo Systems GmbH Laser with non-linear optical loop mirror

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2180768C2 (en) * 1996-04-02 2002-03-20 Корнинг Инкорпорейтед Switchable fiber-optic device for fiber-optic transmission system and its components
WO2008063531A2 (en) * 2006-11-16 2008-05-29 Furukawa Electric North America, Inc. Passively modelocked figure eight fiber laser
EP2637265A1 (en) * 2012-03-05 2013-09-11 Menlo Systems GmbH Laser with non-linear optical loop mirror

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
А.Э. Голубцов "ВОЛОКОННЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАЕМЫЙ NALM ЛАЗЕР С ДВУМЯ ТИПАМИ РЕЖИМОВ ИМПУЛЬСНОЙ ГЕНЕРАЦИИ", МАТЕРИАЛЫ 53-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНОЙ СТУДЕНЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ МНСК-2015, 11-17 апреля 2015, всего -113 стр. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9166355B2 (en) Directly driven source of multi-gigahertz, sub-picosecond optical pulses
US11108207B2 (en) Pulse laser system that is temporally variable in terms of rhythm and/or amplitude
Dergachev High-energy, kHz-rate, picosecond, 2-µm laser pump source for mid-IR nonlinear optical devices
KR100199031B1 (en) Passive mode locking optical fiber laser structure
US10193296B2 (en) Passively mode-locked fiber ring generator
US11955766B2 (en) Laser system and method for generating laser pulses with very high repetition rate
JP2018531524A6 (en) Pulse laser system with variable rhythm and / or amplitude over time
US20120069860A1 (en) Gain-Switched Fiber Laser
US9001853B2 (en) Internal optical mixer pulsed at larmor frequency
CA2781319C (en) Fiber laser oscillators and systems using an optimized phase varying function
US20200280164A1 (en) Apparatus For Providing Optical Radiation
Wang et al. 2-$\mu\hbox {m} $ Tm-Doped All-Fiber Pulse Laser With Active Mode-Locking and Relaxation Oscillation Modulating
JP7026373B2 (en) Fiber optic laser device
US10367327B2 (en) Giant-chirp all-normal-dispersion sub-nanosecond fiber oscillator
JP2009518829A (en) Q switch laser
US11715925B2 (en) Polarization preserving bidirectional optical element
RU2618605C1 (en) Fiber pulse laser with non-linear mirror
Jaimes-Reátegui et al. Generation of giant periodic pulses in the array of erbium-doped fiber lasers by controlling multistability
WO2019053487A1 (en) Stabilized laser or optical amplifier and stabilization method
EP3542427B1 (en) Method and apparatus for repetition rate synchronisation of mode-locked lasers
Hassan et al. Synchronously pumped mid-IR hollow core fiber gas laser
CN104682174A (en) Figure-of-eight cavity and composite cavity structure-based passive mode-locked fiber laser
Grassani et al. Demonstration of ultra-high time-bandwidth product in a non-reciprocal fiber-optic system
Suga et al. Dispersion Management of Polarization Maintaining Er-doped Figure 9 Ultrashort Pulse Fiber Laser
Rampur et al. All-fiber polarization maintaining Thulium doped amplifier seeded by coherent polarized supercontinuum

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190529

Effective date: 20190529