ES2913532T3 - Láseres de fibra despolarizados de banda estrecha - Google Patents

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Zachary Sacks
Boaz Lissak
Ofer Gayer
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Elbit Systems Electro Optics ELOP Ltd
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Abstract

Una fuente láser acoplada a una fibra (100), que comprende: una fuente de semilla de banda estrecha de frecuencia ampliada, que comprende una fuente de semilla de banda estrecha que tiene un ancho espectral de menos de 10 GHz, en el que una salida de la fuente de semilla de banda estrecha se amplía a un ancho espectral de menos de 50 GHz; un despolarizador (120; 122; 122D) acoplado a una salida de la fuente de semilla de banda estrecha de frecuencia ampliada (110) y configurado para proporcionar una salida despolarizada, en el que la salida despolarizada se despolariza en escalas de tiempo inferiores a 50 ns; al menos un amplificador (130) acoplado a una salida del despolarizador, en el que el amplificador está configurado para recibir y amplificar la salida despolarizada; y una fibra óptica (105) que conecta la fuente de semilla, el despolarizador y al menos un amplificador y está configurada para recibir la radiación amplificada desde al menos un amplificador, comprendiendo la fibra óptica al menos un segmento de una fibra de mantenimiento de polarización, PM, que tiene al menos dos ejes ópticos (112A, 112B), en el que el al menos un segmento de fibra PM está ubicado aguas abajo del despolarizador y está configurado para dividir la radiación despolarizada recibida entre al menos dos ejes ópticos del mismo.

Description

DESCRIPCIÓN
Láseres de fibra despolarizados de banda estrecha
Antecedentes de la invención
1. Campo técnico
La presente invención se refiere al campo de los láseres de fibra y, más particularmente, al aumento del umbral de SBS (dispersión de Brillouin estimulada) en los láseres de fibra de banda estrecha.
2. Discusión de técnica relacionada
Los láseres de banda estrecha son útiles para una variedad de aplicaciones que incluyen la conversión de frecuencia y la combinación de haces láser, es decir, la combinación de haces espectrales (SBC) y la combinación de haces coherentes (CBC). Cuanto más estrechos sean los espectros de estos láseres, más fácil será obtener una conversión de longitud de onda de alta eficiencia o una combinación de haces de alta calidad. Sin embargo, el límite inferior del ancho de banda del láser suele estar limitado por un efecto no lineal conocido como dispersión de Brillouin estimulada (SBS), especialmente en los láseres de fibra. Cuanto más amplio sea el espectro del láser, mayor será el límite de potencia impuesto por SBS. Por lo tanto, SBS establece un límite inferior en el ancho de banda alcanzable a un nivel de potencia determinado en un láser determinado. Además, el límite de SBS también depende del estado de polarización del láser. Además de la potencia y el ancho de banda, el precio también es un factor importante. El documento US 2012/275477 A1 o US 5 910 852 A describe un dispositivo de fibra amplificador de potencia de oscilador maestro, que comprende una fuente de semilla de banda estrecha, en el que una salida de la fuente de semilla de banda estrecha tiene una frecuencia ampliada, un despolarizador acoplado a una salida de la fuente de semilla de banda estrecha de frecuencia ampliada y configurado para proporcionar una salida despolarizada, comprendiendo el despolarizador dos porciones de fibra óptica que mantienen la polarización empalmadas entre sí de tal manera que los respectivos ejes de polarización formen un ángulo de 45 grados, y en el que al menos un amplificador está acoplado a una salida del despolarizador, en el que el amplificador está configurado para recibir y amplificar la salida despolarizada.
Sumario de la invención
El siguiente es un resumen simplificado que proporciona una comprensión inicial de la invención. El sumario no identifica necesariamente elementos clave ni limita el alcance de la invención, sino que simplemente sirve como una introducción a la siguiente descripción.
Un aspecto de la presente invención proporciona una fuente láser acoplada a fibra que comprende una fuente de semilla de banda estrecha de frecuencia ampliada que tiene un ancho espectral de menos de 10 GHz, que se amplía a un ancho espectral de menos de 50 GHz, un despolarizador acoplado a una salida de la fuente de semilla y configurado para proporcionar una salida despolarizada que se despolariza en escalas de tiempo inferiores a 50 ns, al menos un amplificador configurado para recibir y amplificar la salida despolarizada, y una fibra óptica que conecta la fuente de semilla, el despolarizador y al menos un amplificador y configurado para recibir la radiación amplificada del al menos un amplificador, comprendiendo la fibra óptica al menos un segmento de una fibra PM que tiene al menos dos ejes ópticos, en el que al menos un segmento de fibra PM está configurado para dividir la radiación despolarizada recibida entre al menos dos ejes ópticos del mismo.
Estos, adicionales y/u otros aspectos y/o ventajas de la presente invención se exponen en la descripción detallada que sigue; posiblemente que pueden inferirse de la descripción detallada; y/o que pueden aprenderse mediante la práctica de la presente invención.
Breve descripción de los dibujos
Para una mejor comprensión de las realizaciones de la invención y para mostrar cómo se puede llevar a cabo, se hará ahora referencia, únicamente a modo de ejemplo, a los dibujos adjuntos en los que los mismos números designan elementos o secciones correspondientes.
En los dibujos adjuntos:
Las figuras 1A-1D son ilustraciones esquemáticas de alto nivel de láseres de fibra, según algunas realizaciones de la invención.
La figura 2 ilustra una dependencia ejemplar de la longitud de onda máxima de los diodos con respecto a la corriente y la temperatura, según la técnica anterior.
Las figuras 3A y 3B son ilustraciones esquemáticas de alto nivel de una fuente, un amplificador y un despolarizador de láseres de fibra, según algunas realizaciones de la invención.
La figura 4A ilustra esquemáticamente una región en un espectro de PRBS ejemplar, según la técnica anterior.
La figura 4B es una ilustración esquemática de alto nivel del entrelazado de espectro por el despolarizador, según algunas realizaciones de la invención.
Las figuras 5A-5D son ilustraciones esquemáticas de configuraciones experimentales de láseres de fibra de banda estrecha, según algunas realizaciones de la invención.
Las figuras 6A y 6B ilustran la potencia hacia atrás para las modulaciones de ruido de las fuentes de semillas ilustradas en las Figuras 5A y 5B, respectivamente, en el entorno experimental, con y sin el despolarizador, según algunas realizaciones de la invención.
Las figuras 7A-7C ilustran configuraciones experimentales y resultados relacionados con la dependencia de SBS de la polarización, de acuerdo con algunas realizaciones de la invención.
Las figuras 8A-8D ilustran esquemáticamente láseres de fibra de banda estrecha con fibras PM, según algunas realizaciones de la invención.
Las figuras 9A-9C ilustran esquemáticamente la combinación de haces para un sistema láser que usa fuentes de láser despolarizado de banda estrecha descritas anteriormente, según algunas realizaciones de la invención. La figura 10 es un diagrama de flujo de alto nivel que ilustra un método, según algunas realizaciones de la invención.
Descripción detallada de la invención
En la siguiente descripción, se describen varios aspectos de la presente invención. Con fines explicativos, se exponen configuraciones y detalles específicos para proporcionar una comprensión completa de la presente invención. Sin embargo, también será evidente para un experto en la técnica que la presente invención se puede poner en práctica sin los detalles específicos presentados en este documento. Además, se pueden haber omitido o simplificado características bien conocidas para no oscurecer la presente invención. Con referencia específica a los dibujos, se enfatiza que los detalles que se muestran son a modo de ejemplo y con fines de discusión ilustrativa de la presente invención únicamente, y se presentan con el fin de proporcionar lo que se cree que es lo más útil y fácilmente comprensible. descripción de los principios y aspectos conceptuales de la invención. A este respecto, no se intenta mostrar los detalles estructurales de la invención con más detalle del necesario para una comprensión fundamental de la invención, la descripción tomada con los dibujos hace evidente a los expertos en la técnica cómo las diversas formas de la invención pueden materializarse en la práctica.
Antes de explicar en detalle al menos una realización de la invención debe entenderse que la aplicación de la invención no se limita a los detalles de construcción y disposición de los componentes expuestos en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos. La invención es aplicable a otras realizaciones que pueden practicarse o llevarse a cabo de diversas formas, así como a combinaciones de las realizaciones descritas. Además, debe entenderse que la fraseología y la terminología empleadas en el presente documento tienen fines descriptivos y no deben considerarse como limitantes.
A menos que se indique específicamente lo contrario, como se desprende de las siguientes discusiones, se aprecia que a lo largo de las discusiones sobre especificaciones que utilizan términos como "procesamiento", "computación", "cálculo", "determinación", "mejora" o similares, se refieren a la acción y/o procesos de una computadora o sistema informático, o dispositivo informático electrónico similar, que manipula y/o transforma datos representados como cantidades físicas, como electrónicas, dentro de los registros y/o memorias del sistema informático en otros datos representados de manera similar como físicos cantidades dentro de las memorias, registros u otros dispositivos de almacenamiento, transmisión o visualización de información del sistema informático. Cualquiera de los módulos o unidades descritos puede implementarse al menos parcialmente mediante un procesador informático.
Polarización aleatoria frente a despolarización
En primer lugar, puede ser útil establecer definiciones de ciertos términos que se utilizarán a continuación. En particular, la distinción física y práctica entre radiación polarizada aleatoriamente y radiación despolarizada se establece a continuación.
El término "polarizado aleatoriamente" como se usa en esta solicitud se refiere a la radiación que tiene una polarización que varía en escalas de tiempo mayores de diez nanosegundos, típicamente microsegundos y más, que pueden alinearse activamente en radiación polarizada utilizando elementos ópticos. Por lo tanto, la radiación polarizada aleatoriamente es detectable y controlable. En particular, los elementos ópticos se pueden usar para convertir la radiación polarizada aleatoriamente en radiación polarizada que proporciona una potencia similar. Por ejemplo, General Photonics produce un rastreador de polarización de fibra óptica POS-002 que puede ajustar activamente el estado de polarización en escalas de tiempo de milisegundos.
El término "despolarizado", como se usa en esta solicitud, se refiere a la radiación que tiene una polarización que varía en escalas de tiempo inferiores a diez nanosegundos, típicamente inferiores a 5 ns e incluso inferiores. La radiación despolarizada no puede alinearse activamente en radiación polarizada usando elementos ópticos y, por lo tanto, su polarización no es controlable, aunque puede ser detectable. Usando cualquier configuración de elementos ópticos, cualquier radiación despolarizada derivada puede transportar la mitad de la potencia de la radiación despolarizada original como máximo. Por ejemplo, si la radiación despolarizada se transmite a través de dos placas de cuarto de onda y luego un polarizador, cualquier orientación de las placas de cuarto de onda produce una división igual de potencia en los estados de polarización de salida del polarizador.
La radiación aleatoria y despolarizada se puede generar a partir de una fuente polarizada de la siguiente manera. Cuando una fuente polarizada se conecta a una fibra, la fibra gira la polarización a un estado indefinido o aleatorio según los cambios internos en el índice de refracción debido a las curvas, la presión, las variaciones de fabricación y la temperatura. El estado de polarización también puede cambiar con el tiempo debido a perturbaciones externas. La polarización en la salida de la fibra se puede hacer lineal, por ejemplo, colocando un controlador de polarización en cualquier lugar a lo largo del trayecto óptico.
Para generar radiación despolarizada se tiene en cuenta la longitud de coherencia de la fuente. En general, cualquier estado de polarización se puede representar como la magnitud de los dos componentes de polarización ortogonal y su relación de fase. Si existe una relación de fase que es detectable, entonces la radiación está polarizada (por ejemplo, circular, lineal o aleatoriamente). Por ejemplo, la polarización circular tiene una división de potencia igual entre cada estado y un cambio de fase de 90° entre los estados de polarización lineal. Si la relación de fase no es constante durante períodos cortos de tiempo, por ejemplo, decenas de nanosegundos en esta descripción, entonces el estado de polarización cambia constantemente y la radiación se despolariza. Se puede construir una fuente despolarizada tomando una fuente polarizada, dividiendo la potencia en dos partes iguales y luego recombinándolas con un retraso mayor que la longitud de coherencia de la luz. Por lo tanto, cuando los dos estados se combinan, no existe una relación de fase temporalmente estable entre los estados de polarización ortogonal que da como resultado la despolarización. Matemáticamente, si la longitud de coherencia, Lc, es menor que el retraso entre la combinación, AL, AL>>Lc, entonces la luz se despolariza. Se observa que L aquí denota una longitud equivalente medida en el mismo medio, típicamente vacío. Por lo tanto, es más sencillo pensar en Lc y AL como tiempo, es decir, tiempo de coherencia y retardo, respectivamente. Como se analiza a continuación, la despolarización se puede implementar por una variedad de medios (por ejemplo, un interferómetro de Mach-Zehnder que se muestra en la figura 5D abajo).
Láseres de fibra despolarizados
Se proporcionan láseres de fibra MOPA (amplificador de potencia del oscilador maestro) despolarizados y los métodos respectivos para aumentar el umbral de SBS (dispersión de Brillouin estimulada) para aumentar la potencia del láser o disminuir el ancho de banda del láser. Se puede utilizar una fuente de semilla de frecuencia ampliada en un ancho de banda de frecuencia óptica inferior a 50 GHz (utilizando, por ejemplo, una fuente de semilla de banda estrecha de frecuencia ampliada que tenga un ancho espectral de menos de 10 GHz, que se amplía a un ancho espectral de menos de 50 GHz), en el que se lleva a cabo una despolarización de la fuente de semilla en escalas de tiempo inferiores a 10 ns, y al menos un amplificador está configurado para recibir y amplificar la radiación de la fuente de semilla de frecuencia ampliada y entregar la radiación amplificada a una fibra óptica de entrega, que puede comprender una tapa de terminación y extremo o un colimador. En algunas realizaciones, la fibra de suministro puede ser la fibra activa del propio amplificador u otro componente integral del amplificador, como un combinador de señal de bomba. La despolarización se puede lograr de varias formas (por ejemplo, usando un interferómetro con longitud adicional a un brazo para causar un retraso temporal más largo que el tiempo de coherencia de la fuente) y se mantiene en escalas de tiempo más cortas que 10 ns, típicamente más cortas que 5 ns, lo que distingue proviene de la polarización aleatoria de la técnica anterior que tiene cambios de polarización en escalas de tiempo más largas, como se explicó anteriormente. Las fibras que mantienen la polarización se pueden usar para aumentar la SBS permitiendo que solo dos estados de polarización ortogonal no correlacionados se propaguen a lo largo de la fibra. Lo siguiente proporciona una comparación introductoria con la técnica anterior, seguida de la descripción de varias realizaciones de la presente invención.
Realizaciones de la presente invención proporcionan fuentes de semillas de láser de fibra despolarizada de banda estrecha para conversión de longitud de onda y combinación de haz espectral. La combinación de haz espectral (SBC) es una forma comprobada de obtener decenas de kilovatios de potencia láser en un haz casi limitado por difracción. Por ejemplo, implementaciones de la técnica anterior (por ejemplo, una iniciativa robusta de láser eléctrico, número de solicitud: W9113M-13-C-0043, Departamento del Ejército) obtuvo láseres de 30kW al combinar láseres de fibra de banda estrecha de 330W utilizando una sola rejilla de difracción. Un requisito para estos láseres es que el ancho de banda espectral sea lo suficientemente pequeño para evitar aumentar la divergencia del haz por la rejilla a través de la dispersión angular.
Análisis de las deficiencias del estado de la técnica
A continuación, los inventores presentan un análisis de las deficiencias del estado de la técnica que indica, de manera no limitativa y sin vinculación teórica, las mejoras y ventajas proporcionadas por la presente invención. Para obtener alta potencia y ancho de línea estrecho, generalmente se selecciona la configuración MOPA. El oscilador maestro proporciona una fuente de ancho de línea estrecho que luego es amplificada por un amplificador o una serie de amplificadores. En una configuración MOPA, el espectro de la fuente de semillas no se mantiene necesariamente en la salida del láser. Puede ocurrir un ensanchamiento espectral. Zheng et al. 2016, "10.8 kW spectral beam combination of eight all-fiber superfluorescent sources and their dispersion compensation", Optics Express, 24(11): 12063-12071, enseña SBC usando ocho 1,5kW usando un amplificador de láser de fibra sembrado por fuentes de banda estrecha ASE (emisión espontánea amplificada). En esta configuración particular, las fuentes de semilla para los amplificadores de fibra están polarizadas y tienen un ancho de banda amplio, ~ 18,5 GHz. Además, se produce un ensanchamiento espectral dentro de los amplificadores de fibra, lo que da como resultado un ancho de banda de 0,5 nm a 1,5 kW de potencia de salida. El gran ancho de banda de 0,5 nm es demasiado grande para una conversión de longitud de onda o una combinación de haz eficientes.
Honea, et al. 2015, "Advances in Fiber Laser Spectral Beam Combining for Power Scaling", Proc. de SPIE vol. 9730, 97300, describe un láser combinado espectralmente de 30 kW basado en láseres de fibra polarizada de línea estrecha de 3 GHz construidos a partir de componentes de fibra que mantienen la polarización (PM). Pudieron lograr anchos de línea estrechos mediante el uso de modulación de fase de fuentes de diodos DFB de frecuencia única. Usando tal técnica de modulación, el ensanchamiento espectral es insignificante dentro del láser ya que se cree que la modulación de fase cruzada entre diferentes componentes de frecuencia causa la mayor parte del ensanchamiento espectral. La potencia de cada módulo láser en Honea, et al. 2015 se limitó a alrededor de 330 W, lo que se cree que se debe a SBS.
La polarización también se ha explorado como una forma de aumentar el umbral de SBS y, por lo tanto, la potencia del láser de salida. Oskar van Deventer et al. 1994, "Polarization Properties of Simulated Brillouin Scattering in Single-Mode Fibers", Journal of Lightwave Technology, vol. 12, 4: 585-590 muestran teóricamente que el estado de polarización del láser puede influir en el umbral de SBS en fibras pasivas. Primavera et al. 2005, "Comparison of stimulated Brillouin Scattering thresholds and spectra in non-polarization-maintaining and polarization maintaining passive fibers," Proc. SPIE 5709: 147-156, presentan resultados experimentales y un modelo teórico que demuestra los umbrales de SBS en fibras que mantienen la polarización (PM) y que no mantienen la polarización (no PM). Se demostró que dividir la potencia del láser por igual a lo largo de los ejes de la fibra puede aumentar el umbral de SBS en un factor de dos.
En la búsqueda de reducir el coste de los componentes y la complejidad del ensamblaje del sistema, se busca un método para producir láseres de ancho de banda estrecho. Las fibras de PM y los componentes de fibra son más costosos que los componentes que no son de PM y requieren un cuidado especial cuando se usan en láseres, ya que el estado de polarización se degrada debido a los empalmes, los componentes, la temperatura y la tensión.
Al combinar láseres espectralmente usando una sola rejilla (SBC), la calidad del haz del haz de salida, M2, se puede
relacionar con el ancho espectral de los anchos de banda láser constituyentes por dl\/P = 2AAcos9l j donde w es el radio del haz en el foco, A es la longitud de onda del láser, A es el período de rejilla de difracción, 0l es el ángulo de Littrow que se supone cercano al ángulo de incidencia y reflexión sobre la rejilla, y dA es el ancho de banda del láser (Ver Limpert et al. 2007, "The rising power of fiber lasers and amplifier," IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 13(3), 537-545). Usando esta ecuación y asumiendo los parámetros de diseño dados en documentos públicos, al usar M2=1 haces de entrada la calidad del haz se degrada a M2=3 utilizando haces de ancho de banda de 10 GHz. Debido a la relación directa de la M2 del haz combinado en los anchos de banda de láser constituyentes, es deseable tener el ancho de banda de láser más pequeño posible, cuyo límite práctico es el umbral SBS del láser.
Las realizaciones de la presente invención proporcionan fuentes de semillas láser de fibra despolarizada de banda estrecha para aumentar el umbral de dispersión Brillouin estimulada en láseres, siendo la dispersión Brillouin estimulada (SBS) una de las limitaciones de la transmisión de potencia láser sobre fibras ópticas. La SBS, entendida como la dispersión hacia atrás de fotones ópticos de fonones acústicos, es especialmente problemática para las fuentes de láser de banda estrecha, que tienen anchos de banda de la misma escala que el ancho de banda de ganancia de SBS. Las soluciones de la técnica anterior para aumentar el umbral incluyen aumentar el MFD (diámetro del campo de modo) del modo de fibra, acortar la fibra, empalmar múltiples fibras para romper la onda SBS, colocar un gradiente térmico a lo largo de la fibra, diseñar las propiedades acústicas de la fibra, y ampliar o manipular el espectro de la fuente láser.
La ganancia de Brillouin estimulada es cero para las ondas de señal y bomba ortogonal polarizadas linealmente. Denotando el umbral de SBS para usar una fibra PM (mantenedora de polarización) con la bomba y la señal que tienen la misma polarización por X, lanzando el haz de la bomba a 45° con respecto al eje de la fibra aumenta el umbral de SBS a 2X (Agrawal 2012 , Nonlinear fiber optics, 5a edición sobre, Spring et al. 2005, "Comparison of stimulated Brillouin Scattering thresholds and spectra in non-polarization-maintaining and polarization maintaining passive fibers", Proc. SPIE 5709: 147-156). Se puede pensar en el aumento de 2X ya que hay dos canales independientes a lo largo de la fibra, cada uno con la mitad de la potencia del láser. En caso de utilizar una fibra normal con birrefringencia aleatoria, la polarización de la bomba y la polarización de la señal de propagación hacia atrás (debido a SBS) se alinean aleatoriamente y, por lo tanto, producen un aumento del umbral de SBS a 1,5X. La razón de esto es que los diferentes estados de polarización se reflejan de manera diferente a la rejilla acústica inducida por SBS, es decir, que los estados de polarización circular cambian de lado tras la reflexión (Oskar van Deventer et al. 1994, Polarization Properties of Simulated Brillouin Scattering in Single-Mode Fibers, Journal of Lightwave Technology, vol. 12, 4: 585-590).
La conversión de longitud de onda también requiere una fuente láser de banda estrecha. Por ejemplo, la patente US 7.778.290 divulga un diodo despolarizado para conversión de longitud de onda. Se observa que la patente US 7.778.290 enseña láseres para producir longitudes de onda de banda IV infrarrojas, sin mencionar las fuentes de barrido de frecuencia. La solución de láser despolarizado tiene las ventajas de componentes menos costosos, componentes disponibles, facilidad de ensamblaje (sin problemas de polarización) y efectos no lineales reducidos como SRS y SBS. Uno de los principales problemas con un láser de este tipo es la fuente de semillas adecuada: el espectro debe ser lo suficientemente amplio para permitir la despolarización y ser lo suficientemente angosto para una conversión de longitud de onda eficiente. En el pasado, se han propuesto varias soluciones para fuentes de semillas: (i) Diodo y despolarizador: no se garantiza que esta solución sea repetible ya que no se pueden especificar las características que permiten la reducción de SBS. Los diodos generalmente funcionan en modo de conmutación de ganancia con cada pulso comenzando desde el ruido para dar un espectro diferente. En la práctica, el ancho de banda es grande, como aparece en un OSA (analizador de espectro óptico) que toma promedios temporales, (ii) modulador de fase EO (electroóptico) y un despolarizador. Se utiliza un modulador EO para diseñar el espectro de salida antes del despolarizador. La desventaja incluye la necesidad de dos componentes modulados activamente, (iii) Polarización que combina dos diodos. La combinación de dos diodos polarizados cruzados debería producir una fuente despolarizada ya que los fotones se generaron de forma independiente. La desventaja en este caso es el coste de dos diodos, el doble de la electrónica requerida y la coincidencia del pico de frecuencia y los anchos de banda. Esta solución tampoco garantiza propiedades espectrales adecuadas de los diodos sin mucho esfuerzo. (iv) Diodos SOA sembrados en frecuencia y un despolarizador. En esta solución, se puede utilizar un sembrador bien definido, como una fuente ASE, para definir el espectro SOA. La SOA luego actúa como amplificador y modulador de la señal para crear pulsos temporales. En la práctica, el ancho de banda aquí también es bastante grande debido a que al estrechar el espectro en una fuente ASE también se reduce la potencia inyectada en la SOA. Las siguientes soluciones descritas superan al menos en parte estas desventajas y dificultades.
Los láseres de fibra utilizados en SBC en el estado de la técnica pueden polarizarse o no en una orientación fija dependiendo, entre otras cuestiones, de la eficiencia de difracción de la red para diferentes estados de polarización. A menudo, los láseres están polarizados por otras razones, a saber, la capacidad de diseñar el ancho espectral del láser. La forma más común de dar forma al espectro del láser es utilizar una fuente polarizada de frecuencia única, por ejemplo, un diodo de frecuencia única o un láser de fibra, y pasarlo a través de un modulador de fase. Los moduladores de fase electroópticos de niobato de litio (LN) comunes requieren un haz de entrada polarizado para afectar la fase en el tiempo (y, por lo tanto, la longitud de onda) de la luz de entrada. Sin embargo, los láseres polarizados tienen varias desventajas, a saber, que (i) los umbrales para SBS y SRS son 2/3 y / del umbral, respectivamente, con respecto a un láser despolarizado (Oskar van Deventer et al. 1994 citado anteriormente), (ii) el coste de los componentes de PM es típicamente un 30-50 % más alto que el coste de los componentes independientes de polarización equivalentes, (iii) el ensamblaje del láser de PM requiere atención especial para mantener el estado de polarización, un factor lo que aumenta el coste de ensamblaje, y (iv) los láseres de fibra polarizados linealmente por encima de unos pocos cientos de vatios no son prácticos usando fibra LMA de mantenimiento de polarización con núcleos mayores de 20 pm. Dado que los sistemas de láser de fibra generalmente consisten en conjuntos de láser, es importante maximizar la robustez del sistema y minimizar su coste.
Las realizaciones descritas pueden ser ventajosas con respecto a los enfoques de la técnica anterior, como (i) el uso de diodos de banda ancha (0,5-1 nm) y un despolarizador de tipo Mach-Zehnder con un retraso temporal entre los brazos mayor que el tiempo de coherencia, lo cual no es apropiado para aplicaciones de banda estrecha (por ejemplo, una banda de 1 nm, equivalente a unos 270 GHz, transforma un M2=1 haz en un haz M2=9 (patente US N.° 7.778.290); (ii) el uso de un codificador de polarización de fibra no lineal impulsado por ruido de intensidad, como una fibra con birrefringencia de polarización aleatoria (fibra de telecomunicaciones estándar) para lograr una modulación de polarización ultrarrápida >100 GHz (Guasoni et al. 2014, Intensity noise-driven nonlinear fiber polarization scrambler, Optics Letters, 39(18): 5309-5312) ya que la intensidad del ruido puede provocar un ensanchamiento espectral y otros límites prácticos de implementación; (iii) el uso de codificadores de polarización electro-ópticos y exprimidores de fibra que son componentes activos costosos y generalmente funcionan en escalas de tiempo de milisegundos a microsegundos; y (iv) el uso de dos láseres independientes de banda estrecha combinados en polarizaciones ortogonales para una fuente despolarizada (Burns et al. 1991, Depolarized source for fiber-optic applications, Optics Letters, Vol. 16(6): 381-383) ya que esto requeriría una alineación precisa de las longitudes de onda de la fuente.
La combinación de haz coherente (CBC) es otro método que se puede utilizar para combinar varios láseres en un haz de alta calidad. El método CBC requiere que cada láser esté polarizado, a la misma longitud de onda y en fase con todos los láseres de la matriz. Para el control espectral de estos láseres, un trabajo reciente ha demostrado que los diodos DFB de modulación de corriente junto con un amplificador óptico de semiconductores (SOA) pueden producir chirridos de muy alta frecuencia útiles para controlar con precisión la longitud de onda requerida para CBC (Blanco et al. 2012, Suppression of stimulated Brillouin scattering in optical fibers using a linearly chirped diode laser, Optics Express, 20(14): 15881 y Blanco et al. 2014, A linearly chirped seed suppresses SBS in high-power fiber amplifiers, allows coherent combination, and enables long delivery fibers, Proc. of SPIE Vol. 8961 896102-1). Por ejemplo, se pueden obtener chirridos lineales usando un diodo de banda estrecha, demostrando un barrido de 4nm en 2ps (White et al. 2012). La figura 2B ilustra una dependencia 92 ilustrativa de la longitud de onda pico de los diodos sobre la corriente y la temperatura, según el estado de la técnica.
Algunas configuraciones de láseres de fibra divulgados
Las figuras 1A-1D son ilustraciones esquemáticas de alto nivel de láseres de fibra MOPA 100, según algunas realizaciones de la invención. El láser de fibra MOPA 100 comprende una fibra óptica 140 una fuente de semilla de frecuencia ampliada 110 , por ejemplo, una fuente de semilla de banda estrecha de frecuencia ampliada que tiene un ancho espectral de menos de 10 GHz, que se amplía a un ancho espectral de menos de 50 GHz, con una despolarización de la fuente de semilla 110 llevándose a cabo en escalas de tiempo inferiores a 50 ns (o, en algunas realizaciones, inferiores a 10 ns), y al menos un amplificador 130 (por ejemplo, amplificador(es) 130 puede comprender al menos un amplificador óptico semiconductor (SOA)) configurado para recibir y amplificar la radiación de una fuente de semilla de frecuencia ampliada 110 y entregar la radiación amplificada en fibra óptica 140. Amplificador(es) 130 tales como SOA pueden configurarse para estabilizar, temporalmente, la radiación recibida. Se observa que la fibra óptica que se muestra en las figuras 1A-1D puede ser la fibra activa del propio amplificador y no es necesariamente un componente separado.
La fuente de semilla de frecuencia ampliada 110 puede comprender una sola fuente de frecuencia 112 (figura 1B) que se amplía mediante una modulación temporal, realizada, por ejemplo, por un modulador de corriente 114 de la corriente suministrada a la fuente de frecuencia única, por ejemplo, por una bomba de diodos. Alternativamente, la fuente de semilla de frecuencia ampliada 110 puede comprender un modulador de fase 116 (figura 1 C) en la salida óptica de la fuente 112. Alternativa o complementariamente, la fuente de semilla de frecuencia ampliada 110 puede comprender un diodo de realimentación distribuida de banda estrecha (DFB) con barrido de frecuencia. Por ejemplo, una frecuencia del diodo DFB puede ser barrida por la modulación de corriente realizada por el modulador de corriente. 114. Alternativa o complementariamente, la fuente de semilla de frecuencia ampliada 110 puede comprender un modulador de fase 116 configurado para modular una fase de la fuente de radiación.
Un despolarizador 120, establecido, por ejemplo, en la salida de la fuente de semillas de frecuencia ampliada 110 y acoplado al mismo, puede comprender un interferómetro óptico 122 configurado para despolarizar una entrada polarizada al mismo desde una fuente polarizada 112 (en ciertas realizaciones de fuente de frecuencia única 112 , Figura 1B) para proporcionar una salida despolarizada. Por ejemplo, el despolarizador 120 puede incluir el interferómetro 122 como un interferómetro de tipo Mach-Zehnder y/o un despolarizador Lyot y/o cualquier otro interferómetro de desplazamiento de frecuencia óptica 122 configurado para modificar, espectralmente, una longitud de onda de la radiación amplificada en un brazo del interferómetro 122. Alternativa o complementariamente, se puede usar un desplazador de frecuencia óptica en el despolarizador 120. El amplificador(es) 130 puede configurarse para recibir y amplificar la salida despolarizada, ya sea que el despolarizador 120 es parte de la fuente de semillas o una unidad separada. El amplificador(es) 130 puede configurarse para amplificar la salida despolarizada a alta potencia, por ejemplo, a 1 W, 5 W o más de 10 W.
Fibra(s) de mantenimiento de polarización (PM) 105 se puede incorporar en el láser de fibra MOPA 100 en varias formas alternativas o complementarias, algunas de las cuales se muestran esquemáticamente y se denotan en 142­ 145. La fibra PM 105 se ilustra esquemáticamente con un eje rápido 112A y un eje lento 112B para las respectivas direcciones de polarización de la radiación.
Por ejemplo, el interferómetro 122 puede comprender al menos una sección de una fibra de mantenimiento de polarización (PM) 105 (142) con ejes ópticos 112A, 112B de fibra PM 105 recibiendo cada una la mitad de la luz polarizada lanzada. En otro ejemplo, el tren de fibra óptica 100 puede comprender al menos un segmento de fibra PM 105 (144) que tiene dos ejes ópticos 112A, 112B. El segmento de fibra PM puede configurarse para dividir la radiación despolarizada recibida entre los al menos dos ejes ópticos 112A, 112B del mismo para aumentar el umbral SBS hasta 2X sobre el caso polarizado que ocurre en la fibra no PM de la técnica anterior con polarización aleatoria (ver arriba las definiciones de radiación despolarizada y radiación polarizada aleatoriamente).
En ciertas realizaciones, el(los) segmento(s) de fibra PM 105 puede estar ubicado en el amplificador 130 y/o entre etapas de amplificador(es) 130 (143), por ejemplo, como fibra PM activa 105; y/o segmento(s) de fibra PM 105 puede estar ubicado en una salida del amplificador 130 (144); y/o segmento(s) de fibra PM 105 puede estar ubicado en una entrada del amplificador 130 (145).
En ciertas realizaciones, el(los) segmento(s) de fibra PM 105 puede comprender una pluralidad de segmentos de fibra PM 105, empalmados para formar ángulos entre sus respectivos ejes ópticos.
Cualquiera de las opciones enumeradas anteriormente puede combinarse e implementarse en cualquier láser de fibra divulgado 100.
Ventajosamente, el láser de fibra divulgado 100 con fuente de semillas láser de banda estrecha despolarizada 110 se puede usar en aplicaciones de conversión de longitud de onda y SBC reduce el coste y aumenta la robustez debido a la posibilidad de usar la mayoría de los no PM de menor coste y baja sensibilidad mientras se mantiene el umbral alto de SBS debido al/a los componentes de fibra PM en el láser de fibra 100.
En ciertas realizaciones, el láser de fibra 100 comprende una fuente de longitud de onda controlable 112 y despolarizador 120. La fuente de longitud de onda controlable proporciona una semilla para una serie de amplificadores de láser de fibra que tiene un ancho espectral estrecho adecuado para la aplicación y que se puede despolarizar. Ambas restricciones generalmente requieren lo contrario en el ancho de banda espectral: 1) la conversión de longitud de onda y SBC requieren un ancho de banda estrecho, mientras que 2) la despolarización y la reducción de SBS requieren un gran ancho de banda espectral. La solución aquí es usar una frecuencia controlada que cambia temporalmente para ampliar el espectro integrado en el tiempo (lo que aparece en las mediciones espectrales) lo suficiente como para que se reduzca la SBS y el láser se pueda despolarizar.
Se enfatiza que la fuente de semilla de frecuencia ampliada 110 con el despolarizador 120 está configurada para despolarizarse en lugar de polarizarse aleatoriamente, en el sentido de que la despolarización implica que la radiación electromagnética tiene una polarización que varía en escalas de tiempo más cortas que decenas de nanosegundos, por ejemplo, 50 ns, posiblemente 10 ns, más corta que 5-10 ns e incluso más corta, mientras que la polarización aleatoria de la técnica anterior simplemente se refiere a la radiación electromagnética que tiene una polarización que varía en escalas de tiempo mayores que decenas de nanosegundos, típicamente microsegundos y más, que se pueden convertir en radiación polarizada usando elementos ópticos. Una característica distintiva esencial es que la radiación despolarizada no se puede convertir en radiación polarizada utilizando elementos ópticos y, por lo tanto, su polarización no es detectable ni controlable. Usando cualquier configuración de elementos ópticos, cualquier radiación polarizada derivada puede transportar la mitad de la potencia de la radiación despolarizada original como máximo. Por el contrario, la radiación polarizada aleatoriamente de la técnica anterior es tanto detectable como controlable y los elementos ópticos pueden usarse para convertir la radiación polarizada aleatoriamente en radiación polarizada que proporciona una potencia similar. Para generar radiación despolarizada a partir de la radiación dada, como en las realizaciones descritas, la fase introducida entre los componentes debe ser equivalente a una longitud AL>>Lo, donde Lo es la longitud de coherencia, antes de combinar los componentes en la radiación despolarizada (ver la ilustración en la figura 5D).
Ejemplos de realizaciones y componentes
Los inventores han descubierto que el umbral de SBS puede incrementarse cambiando el ancho espectral y el estado de polarización de la radiación alimentada a la fibra. Los inventores han descubierto en mediciones ejemplares que el uso de la fuente de semilla despolarizante puede aumentar el umbral de SBS hasta en un 30 % en experimentos preliminares y posiblemente mucho más en entornos más avanzados. Además, la fuente despolarizada puede ofrecer un ancho de banda más estrecho que una fuente no despolarizada para la misma potencia de salida, lo que permite un mejor rendimiento en un sistema SBC.
Las figuras 3A y 3B son ilustraciones esquemáticas de alto nivel de fuente 110, amplificador 130 y despolarizador 120 de láseres de fibra 100, según algunas realizaciones de la invención. La fuente de semillas 110 puede configurarse para tener un espectro de frecuencia bien controlado, por ejemplo, comprende un diodo de retroalimentación distribuido (DFB) de banda estrecha con barrido de frecuencia 110A. El barrido de frecuencia puede configurarse para que sea lo suficientemente rápido para proporcionar despolarización como se explicó anteriormente, para suprimir o proporcionar un umbral de SBS estable. Como los espectros de los diodos DFB 110A cambian con la corriente, una modulación actual 114A en diodo DFB 110A puede configurarse para proporcionar tanto una modulación de espectro (Á) 114C y una modulación de intensidad (P) 114D. El amplificador 130 puede ser SOA 130, configurado para modular y/o estabilizar temporalmente el pulso de perfil temporal debido a la modulación de potencia también incurrida por la modulación actual. El SOA 130 puede configurarse para minimizar o eliminar la modulación temporal 114B.
Como se ilustra en la figura 3B, la fuente de semilla despolarizada puede comprender una fuente de semilla 118 con ancho de banda controlable y un despolarizador 120 configurado para proporcionar una señal en estados de polarización ortogonal 112A, 112B (por ejemplo, a lo largo de los ejes rápido y lento, véase la figura 1D). El despolarizador 120 puede, por ejemplo, comprender un interferómetro 122. El SOA 130 puede configurarse para operar en saturación para igualar la potencia de salida para todas las potencias de entrada, 114D, como se ilustra esquemáticamente en la figura 3A. Un retraso entre canales 112A, 112B puede configurarse para que sea mayor que el período de la modulación. Por ejemplo, la luz viaja aproximadamente 20 cm/ns en una fibra óptica. Si se utiliza un retardo de 1 m de largo en el despolarizador 120 (por ejemplo, configurado como interferómetro 122 con la longitud adicional introducida en uno de los brazos del interferómetro), esto requeriría que el tiempo de coherencia temporal fuera inferior a 5 ns, o aproximadamente 200 MHz de ancho de banda. Dado que la frecuencia se altera mucho más rápido que la diferencia de tiempo de viaje en el despolarizador 120 , se obtiene una salida despolarizada suave.
Tomado como un ejemplo específico no limitativo, el diodo DFB 110A puede seleccionarse como Eagle yard EYP-DFB-1064-00040-1500-BFY02-0x0x, con un coeficiente de corriente de longitud de onda de 0,003 nm/mA y una corriente máxima de funcionamiento de 190 mA. Asumiendo 150mA de operación, corresponde a un cambio de 0,45 nm sobre el rango de corriente de modulación. El ancho de banda de ganancia de SBS suele ser de 20-50 MHz, que es aproximadamente 0,1 pm a 1064 nm. Por lo tanto, un cambio de 1 mA corresponde a 30 veces el ancho de banda de ganancia de SBS. En un ejemplo de la técnica anterior (Sato 2005, véase más adelante), se obtuvieron chirridos de frecuencia de un diodo DFB, hasta 0,38 nm de chirrido para una modulación de corriente pico a pico de 92 mA. En otro ejemplo, se usó un diodo chirrido lineal con compensación SOA para obtener un espectro de frecuencia rectangular. En otro ejemplo, II-VI Laser Enterprise puede proporcionar diodos DFB con las características espectrales enseñadas por Sato et al. 2005, "Chirp characteristics of 40Gb/s directly modulated distributed feedback laser diodes", IEEE JLT 23(11):3790-3797; con dA/dI = 0,003 nm/mA (~800MHz/mA) y dA/dT = 0,07nm/°C. Por ejemplo, 40 Gb/s, modulación de 92 mA pico a pico (chirrido de 48 GHz a 1550 nm es 0,38 nm) y en otro ejemplo, 10 Gb/s, 36 mA pico a pico (chirrido de 10 GHz a 0,08 nm a 1550 nm).
Para suprimir SBS, el parámetro chirrido k puede configurarse para que sea mayor que el ancho de banda de ganancia de Brillouin Aub dentro de la vida útil del fonón Tp del material, k> úub/tp (Coles 2009, "Advanced phase modulation techniques for stimulated Brillouin scattering suppression in fiber optic parametric amplifiers'', UC San Diego, tesis de maestría). Asumiendo Aub = 50 MHz, Tp ~ 20 ns, y el parámetro chirrido siendo 2,5 MHz/ns, o 0,009pm/ns, que se puede obtener mediante la modulación actual del diodo DFB 110A con dÁ/di ~ 0,003 nm/mA.
En ciertas realizaciones, se pueden usar otros tipos de modulación, como la secuencia de bits pseudo aleatoria (PRBS), que se ha usado con éxito para reducir el umbral de SBS en láseres de alta potencia (Flores et al. 2014, "Pseudo-random binary sequence phase modulation for narrow linewidth, kilowatt, monolithic fiber amplifiers", Optics Express, 22(15): 17735-17744; y Zeringue et al. 2012, "A theoretical study of transient stimulated Brillouin scattering in optical fibers seeded with phase-modulated light", Optics Express, 20(19): 21196-21213). La figura 4A ilustra esquemáticamente una región en un espectro PRBS ejemplar 80 (central -2GHz a 2GHz fuera de un rango de -10GHz a 10GHz), según el estado de la técnica. Las ventajas de esta modulación son que ha sido ampliamente estudiada y utilizada en telecomunicaciones, existen controladores correspondientes, el ancho espectral se puede configurar en términos del ancho del lóbulo principal controlado por tasa de bits, el número de picos dentro del lóbulo determinado por el número de bits, ya se ha demostrado en la combinación de haz coherente de láseres de fibra, y se sabe que proporciona supresión de SBS con la modulación de fase correspondiente. En ciertas realizaciones, se puede usar un desplazador de frecuencia óptico (por ejemplo, un desplazador de frecuencia acústico-óptico -AOFS) para desplazar la longitud de onda en un brazo del despolarizador 120 para abrir la posibilidad de intercalar el espectro de longitud de onda general. Los cambios típicos pueden ser de hasta ~2 GHz, pero los cambios más bajos tienen una mayor eficiencia. Si usa el PRBS operando en un 27-1 secuencia (127 bits) a 5 GHz para ~40X supresión de SBS (como para el PRBS que se muestra en la figura 4A), los picos de longitud de onda aparecen a 39,3 MHz.
En ciertas realizaciones, todo el espectro 80 puede cambiarse a la mitad de esta frecuencia para proporcionar supresión adicional de SBS y mejorar el rendimiento del despolarizador. La figura 4B es una ilustración esquemática de alto nivel del intercalado de espectro por el despolarizador 120, según algunas realizaciones de la invención. Una forma de onda con un espectro dado 80 puede ser dividida (por un divisor 121) en dos brazos 122A, 122B del interferómetro 122. Un brazo, ilustrado como 122A, puede cambiarse de frecuencia mediante un cambiador de frecuencia acústico-óptico (AOFS) 125, con las señales que pasan a través de él retrasadas temporalmente por una diferencia de longitud de trayecto 122C. Las señales se pueden combinar, por ejemplo, en un divisor de haz de polarización (PBS) 123 y una salida resultante 128A es un espectro intercalado 128 con cada estado de polarización 112A, 112B que tiene los mismos espectros, pero desplazados (80). El mismo concepto puede aplicarse a otras modulaciones periódicas, ya que los picos espectrales están dictados por el análisis de series de Fourier. Estas y otras fuentes pueden incluir fuentes polarizadas de banda estrecha combinadas en una sola fibra con estados de polarización ortogonal para producir una fuente despolarizada.
Configuraciones experimentales
Las figuras 5A-5C son ilustraciones esquemáticas de configuraciones experimentales de láseres de fibra despolarizados de banda estrecha 100, según algunas realizaciones de la invención. Las figuras 5A y 5B ilustrar esquemáticamente las fuentes de semillas 118 con ancho de banda controlable; la figura 5A ilustra esquemáticamente la fuente 118 compuesta por un diodo DFB de banda estrecha (<30 MHz) 110A (accionado por un controlador de CW, onda continua, 109) conectado al modulador de fase 116 (modulado de acuerdo con las señales de un generador de señales 115) configurado para proporcionar espectros modulados de acuerdo con la teoría de modulación de fase sin cambios en la potencia promedio de la fuente; y la figura 5B ilustra esquemáticamente la fuente 118 que comprende diodo DFB de corriente modulada 110A (modulado de acuerdo con las señales del generador de señales 115) adjunto al SOA 130, impulsado por el controlador de CW 109 y operado en modo de alta saturación (alta señal de entrada y baja ganancia) para suavizar las fluctuaciones temporales de energía. En ambos casos, se pudo lograr experimentalmente un ensanchamiento espectral significativo al nivel de GHz. Las conexiones se indican como empalmes 111. Se observa que los pares de flechas indican un aislador óptico de dos etapas.
En los experimentos mostrados en la figura 5C, el umbral SBS para diferentes modulaciones se midió utilizando un simulador SBS 94 tener una longitud de 5 km de fibra Corning HI1060140 y un acoplador para monitorear SBS 141 en la dirección hacia atrás y potencia en la dirección hacia adelante. La potencia de entrada en la fibra de 5 km se midió con un acoplador 2x2, así como con la potencia que viaja hacia atrás. Se espera que parte de la potencia en la dirección hacia atrás provenga de mecanismos de dispersión lineal, así como de SBS. En este experimento, el umbral de SBS se define con la potencia que viaja en la dirección hacia atrás el doble de la esperada de los mecanismos lineales. La fuente de banda estrecha 110 consistía en fuentes de semillas 118 se muestra en las Figuras 5A, 5B y el amplificador 130, para aumentar la potencia de salida para alcanzar el umbral SBS. El despolarizador 120 se ilustra en la figura 5D con un retraso de longitud de trayecto 122C de unos 2m (10ns), que se puede insertar entre la fuente de semillas 118 y el amplificador 130 (ver la figura 5C).
Primero, los umbrales de SBS se midieron con ambas fuentes de semillas 118 con varias modulaciones sin despolarizador 120 para obtener correlación con los resultados esperados. En este experimento, el umbral de SBS se definió cuando el nivel de potencia hacia atrás supera 2x del nivel de fondo esperado. Como ejemplo, la señal de tensión del modulador de fase 116 era una onda sinusoidal de 500 MHz con su tensión ajustada para obtener tres picos espectrales ópticos iguales. Como otro ejemplo, se agregó una modulación de ruido sintetizado para ampliar el espectro de DFB 110A con modulación de corriente continua y el SOA 130 operando en modo CW para suavizar los cambios temporales en la potencia debido a la modulación actual del diodo DFB. La corriente de modulación al diodo DFB se ajustó para obtener un ensanchamiento espectral máximo y un pico central mínimo.
La figuras 6A y 6B ilustrar la potencia hacia atrás para las modulaciones de ruido de las fuentes de semillas 118 ilustrado en las figuras 5A y 5B, respectivamente, en el entorno experimental, con y sin despolarizador 120, según algunas realizaciones de la invención. La figura 6A presenta el umbral SBS para la fuente de semillas 118 con el modulador de fase 116 y ruido de 1 MHz, la figura 6B presenta el umbral SBS para la fuente de semillas 118 con el SOA 130 y modulación de corriente en diodo DFB 110A. La condición para el umbral de SBS se consideró cuando la potencia que viaja en la dirección hacia atrás es el doble de la esperada extrapolada desde la potencia baja, como se muestra en la línea continua. Se obtuvo un aumento del 20-30 % en el umbral de SBS usando el despolarizador 120. Los inventores observan que usando la teoría simple para el umbral de SBS presentada anteriormente, se esperaría un factor de aumento del 100 % en el umbral de SBS entre una fuente polarizada y una fuente despolarizada. El aumento más bajo observado experimentalmente puede deberse a varios factores, como la crudeza del modelo, el uso de espectro de ruido periódico, consideraciones temporales y/o tasas de modulación demasiado lentas. Sin embargo, es evidente que las pautas proporcionadas, así como la siguiente divulgación, permiten ajustes que aumentan el SBS más allá del resultado experimental. En el siguiente experimento, se presenta un análisis más detallado del patrón de polarización en el umbral de SBS para permitir la configuración de la despolarización para lograr el aumento máximo del umbral de SBS.
Las figuras 7A-7C ilustran configuraciones experimentales y resultados relacionados con la dependencia de SBS de la polarización, de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. Un láser de fibra 100 en el nivel de cientos de vatios se construyó para probar la dependencia de SBS en la polarización, como se ilustra esquemáticamente en la figura 7A. La fuente de semilla de frecuencia ampliada 110 comprende la fuente 118 y el despolarizador 120. La fuente 118 en este caso se trataba de un diodo DFB de una sola línea (Oclaro LC96A1064-DFB) operado en modo CW con un ancho de línea inherente de menos de 30 MHz. El espectro se amplió acoplando la salida del diodo a un modulador de fase (Photline NIR-MPX-LN-10-P-P-FA-FA). El modulador de fase se modulaba temporalmente con una señal de tensión, por ejemplo, ruido blanco de alta frecuencia (Noisecom NC6126) o una secuencia PRBS, para ampliar el espectro hasta unos 10 GHz (ver configuración similar en la Figura 5A). A continuación, la salida se conectó a un controlador de polarización para controlar el estado de polarización o un despolarizador 120 para proporcionar luz despolarizada. Luego, la señal de salida se pasó a través del amplificador 130 compuesto por una serie de tres amplificadores 130A, 130B, 130C configurados para obtener potencia de salida en el nivel de cientos de vatios. La fibra en el amplificador de potencia 130 era un LMA-YDF-20/400. Todas las fibras después de la fuente de semilla de frecuencia ampliada 110, eso es antes del primer amplificador 130A, eran fibras que no mantenían la polarización (no PM) para que, en principio, se pudiera controlar la polarización del láser. La energía SBS fue monitoreada a través del monitor SBS 141 que comprende una derivación de fibra óptica que muestrea la luz que viaja hacia atrás desde el último amplificador (amplificador de potencia) 130C. Esta señal podría monitorearse utilizando un analizador de espectro óptico (OSA) para discriminar entre la potencia SBS o un medidor de potencia. La medición espectral se usa a menudo para ver claramente la potencia SBS a medida que se desplaza aproximadamente 0,06 nm de la señal láser. El límite de potencia de SBS a menudo se toma cuando la potencia del pico de SBS es 10 dB más alta que el pico en la longitud de onda del láser cuando se monitorea el puerto de retroceso 141 utilizando un analizador de espectro óptico.
En el primer conjunto de experimentos, un controlador de polarización (P.C.) 120A (General Photonics PLC-003-S-250) después de la fuente 118 (sin despolarizador 120) se ajustó para obtener un pico de señal de láser máximo y mínimo a las relaciones de pico de señal de SBS como se controló en un analizador de espectro óptico (OSA) (Yokogawa AQ6319). En el nivel de potencia utilizado y en esta configuración específica, fue posible ajustar la relación entre el pico de SBS y la altura del pico de láser en aproximadamente 5 dB simplemente ajustando el controlador de polarización 120A. También se observó que esta relación no era estable en el tiempo, muy probablemente debido al cambio de estado de polarización en la fibra debido a factores ambientales como el calentamiento localizado o la tensión de la fibra. Sin embargo, se verificó que SBS depende fuertemente del estado de polarización de la señal de entrada. En el siguiente experimento, un despolarizador casero 120 con un retraso de 0,5 m entre sus diferentes brazos se agregó antes del controlador de polarización 120A. Para comprobar que esa fuente 110 se despolarizó, la señal se pasó a través de un polarizador en línea y se midió usando un detector rápido con un tiempo de respuesta de sub-nanosegundos (Thorlabs DET10A). Se observó que la señal era estable y bastante uniforme en un osciloscopio. El estado de polarización también se verificó después de los dos primeros amplificadores 130A, 130B utilizando muestras de las derivaciones de fibra con resultados similares. Se midió menos del 5 % del grado de polarización, que está en la sensibilidad del dispositivo de medición, verificando así que la radiación de la fuente estaba despolarizada y no polarizada al azar (consulte las definiciones presentadas anteriormente). Cabe señalar que las tomas de haz a menudo dependen de la polarización, lo que da como resultado un muestreo desigual de los estados de polarización. Se observó un rastro de salida temporal relativamente suave. El láser se hizo funcionar al mismo nivel de potencia en los experimentos anteriores. El pico de SBS se mantuvo estable al manipular la fibra, lo que indica una operación de polarización despolarizada estable.
La figura 7B ilustra los resultados experimentales para la señal de propagación hacia atrás en el monitor SBS 141, mostrando la densidad espectral de potencia (PSD) en dB sobre el rango de longitud de onda relevante, e indicando la señal de propagación hacia atrás más baja para la radiación despolarizada. La figura 7B superpone la luz que viaja hacia atrás del amplificador de potencia 130C para el caso de usar luz despolarizada y luz polarizada con el controlador de polarización 120A ajustado para picos máximos y mínimos de SBS. Por lo tanto, se observa que el pico SBS de luz polarizada varía en más de 5dB y no es estable, y que la fuente despolarizada 110 tiene un pico SBS aproximadamente igual o menor que el estado de polarización mínimo observado y es fácilmente reproducible y estable, a diferencia del caso del haz polarizado. Este experimento muestra una fuerte dependencia del pico SBS en la polarización de la semilla de entrada. Los inventores señalan que la dependencia de la polarización de SBS puede deberse a diferentes sensibilidades en la ganancia de SBS debido a la polarización de luz lanzada (ver Oskar van Deventer et al. 1994 citado anteriormente) y/o diferentes mecanismos de pérdida de polarización en la fibra (PDL), el primero parece más probable ya que una fuente despolarizada tenía la menor cantidad de SBS. Ventajosamente, las realizaciones descritas de láseres de fibra de banda estrecha 100 con fuente de semilla de frecuencia ampliada 110 superar estos problemas para reducir el umbral de SBS de manera significativa y confiable, y permitir una mayor entrega de energía por láser 100.
La figura 7C es una medida experimental ejemplar del umbral SBS utilizando una fibra activa PM (Nufern PLMA-YDF-20/400-M) en el amplificador 130C según algunas realizaciones de la invención. Los espectros que viajan hacia atrás se midieron usando un OSA en el puerto 141. En este caso, el umbral de SBS se define como el nivel cuando el pico espectral de SBS es 10 dB superior al pico de la señal. Usando una fuente de semilla despolarizada con fibra activa PM 105, el nivel de SBS fue estable y se produjo en un valor normalizado de 1 potencia de salida del láser. Cuando el despolarizador 120 se eliminó y se reemplazó con un controlador de polarización, el umbral de SBS cambió de aproximadamente 0,6 del caso despolarizado (anotado como Polarized Max en la figura 7C) a 1 (anotado como Polarized Min en la figura 7C). Se observa que el caso Polarized Min no se llevó al umbral de potencia SBS ya que la altura del pico era inestable en el tiempo. Así se demuestra que el umbral de SBS puede incrementarse en un factor del 50 % sobre el caso polarizado, utilizando la fibra activa PM 105.
Los láseres de fibra de alta potencia 100 pueden ser láseres de fibra de banda estrecha despolarizados, que comprenden una fuente de semillas de frecuencia ampliada 110 teniendo una fuente de semillas 118 con espectro controlable y despolarizador 120; y una serie de amplificadores 130A-C. La fuente de semilla de frecuencia ampliada 110 puede comprender un diodo de corriente modulada con un SOA y/o un diodo con un modulador de fase, posiblemente dos o más fuentes de semilla de frecuencia ampliada 110 del mismo o diferente tipo. Los diodos 110A puede comprender DFB, ECL (láser de cavidad externa) y/o láseres de fibra y el SOA 130 puede comprender un diodo con un circulador. El despolarizador 120 puede ser de varios tipos, como cualquiera de un despolarizador de tipo Mach-Zehnder (por ejemplo, el interferómetro Mach-Zehnder 122), dos fuentes polarizadas cruzadas con un combinador de haz de polarización, un codificador de polarización de fibra no lineal impulsado por ruido de intensidad, un electro-codificador de polarización óptica y/o un exprimidor de fibra.
El control espectral de la fuente de semillas 118 se puede lograr utilizando modulación de corriente en el diodo (por ejemplo, un chirrido lineal, PRBS, ruido blanco, posiblemente filtrado para reducir los lóbulos laterales). El despolarizador 120 puede comprender un cambiador de frecuencia configurado para intercalar el espectro de cada polarización (ver la figura 4B). Los láseres 100 pueden implementar configuraciones de conversión de longitud de onda, SBC e interferométricas, así como combinaciones adicionales de elementos basadas en elementos que aparecen en la patente N.° US 6.850.712, mencionada anteriormente. Se advierte, sin embargo, que la patente US N.° 6.850.712 se utiliza en sistemas ópticos de transmisión/comunicación en lugar de un amplificador láser, y requiere un cambio de frecuencia en uno de los brazos. Ventajosamente, en la presente invención, definir que la señal despolarizada sea la fuente de semillas de un láser de fibra puede resolver estos dos problemas.
Ventajosamente, los láseres de fibra descritos 100 proporcionar sistemas SBC de banda más angosta con una mayor calidad de haz a partir de la dispersión de la rejilla, calidad del haz menos sensible al tamaño del haz en la rejilla de difracción, más láseres por nm de ancho de banda, es decir, láseres más compactos; y proporcionar un factor adicional de 2X en la reducción de SBS además de los métodos estándar (ampliación espectral) mediante multiplexación de polarización. Además, los láseres de fibra 100 requieren una modulación de frecuencia más baja que permita usar la mayoría de los componentes que tienen una respuesta espectral limitada. Los láseres de fibra 100 divulgados, por lo tanto, son especialmente eficientes y económicos al tener costes de construcción reducidos debido al uso de componentes que no son PM (al menos un 30-50 % de ahorro en componentes y mano de obra) y al proporcionar fuentes de fuentes de semillas láser de fibra repetibles y con capacidad de ingeniería con suficiente potencia de salida. Como las fuentes 110 son controlables, el software puede usarse para cambiar las propiedades espectrales de los láseres 100. Además, el uso del despolarizador 120 proporciona un comportamiento SBS mínimo y estable (como se muestra, por ejemplo, arriba en la figura 7C).
Además de los métodos y láseres 100 divulgados para despolarizar fuentes láser de banda ancha y de banda estrecha, lo que resulta en un aumento del umbral de SBS (por ejemplo, hasta en un 50 %) en fibras que no son PM, a continuación, se proporcionan métodos y láseres prácticos 100 adicionales para seguir aumentando el umbral SBS. Además de usar el despolarizador 120 para codificar los estados de polarización, una adición de fibra PM (mantenimiento de polarización) 105 (ver la figura 1D) en uno o más lugar(es) susceptible(s) a SBS puede aumentar aún más el umbral de SBS. La fuente despolarizada 110 asegura un lanzamiento igual de luz en ambos ejes de fibra PM 105, que luego solo permite que los modos polarizados linealmente se propaguen a lo largo de cada eje (indicados esquemáticamente como rápido y lento en la figura 1D). Se enfatiza que mientras se usa fibra corta no PM y/o fibra PM sin despolarizador 120 proporciona el umbral X de SBS de la técnica anterior, utilizando un despolarizador 120 aumenta el umbral SBS a (hasta) 1,5X como se muestra arriba y, además, el uso de fibra PM aumenta aún más el umbral de SBS a (hasta) 2X, como se muestra a continuación.
Las figuras 8A-8D ilustran esquemáticamente los láseres de fibra 100 con fibras PM 105, según algunas realizaciones de la invención. La fibra PM 105 puede usarse en secciones pasivas y/o activas de fibra láser 100. Por ejemplo, la figura 8A ilustra esquemáticamente la conmutación de la fibra en un amplificador 130B de fibra no PM a fibra PM 105 para aumentar el umbral de SBS. En otro ejemplo, la figura 8B ilustra esquemáticamente el cambio de fibra de entrega 140 de láser 100 de fibra no PM a fibra PM 105. En cualquier caso, el umbral SBS se puede elevar a (hasta) 2X, dos veces el umbral SBS sin el despolarizador 120. Los inventores señalan que otra ventaja de los láseres descritos 100 es que no es necesario mantener las propiedades de polarización de la fibra antes de lanzarla a la fibra PM 105. En ciertas realizaciones, ilustradas, por ejemplo, en la figura 8C, el láser de fibra 100 puede comprender fibras de PM 105 solo, sin el despolarizador 120. Sin embargo, se puede lograr la despolarización introduciendo un empalme de 45° 122D utilizado para lanzar la mitad de la potencia a lo largo de cada eje de fibra 100 para lograr la despolarización, implementando así la fuente despolarizada 110 como una combinación de fuente 118 y el empalme 122D en láser de fibra PM 100, y lograr duplicar el umbral de SBS (a 2X). Posiblemente, el empalme de 45° 122D puede ser empleado en el amplificador 130, como se ilustra esquemáticamente en la figura 8D. Una ventaja de tales realizaciones que alivian la necesidad de mantener la PER (relación de extinción de polarización) del láser 100 con respecto a los láseres 100 con el despolarizador 120. Estos usos de las fibras PM 105 puede implementarse en fibras activas o pasivas. Por ejemplo, el empalme 122D también se puede utilizar en la fibra de entrega 105 de la figura 8B. También pueden usarse combinaciones de fibras PM y no PM para reducir el umbral de SBS en ciertas realizaciones de la invención.
Ciertas realizaciones comprenden láseres de fibra 100 con fibra PM 105, que tiene dos estados de polarización lineal multiplexados para aumentar el umbral de SBS. Las realizaciones comprenden el despolarizador 120 con fibra PM 105 y/o fuente de fibra PM 118 con empalme a 45° 122D. Varios despolarizadores 122 se puede utilizar, por ejemplo, interferómetro Mach-Zehnder o Lyot 122, dos fuentes ortogonales; se pueden usar varios tipos de fibra de PM, por ejemplo, fibra de PM PANDA, fibra de PCF (fibra de cristal fotónico), fibra de PM elíptica, fibra de PM quiral, fibra de PM tipo pajarita, etc.; fibra PM 105 puede estar ubicado como/en fibra de entrega 140, amplificador de fibra, etc.; múltiples segmentos de fibras PM 105 pueden ser utilizados y empalmes 122D en los que se pueden girar los ejes de los segmentos de fibra PM adyacentes.
Las figuras 9A-9C ilustrar esquemáticamente la combinación de haces para un sistema láser 150 utilizando fuentes de láser despolarizadas de banda estrecha 100 descrito anteriormente, de acuerdo con algunas realizaciones de la invención.
La construcción de un láser de fibra de alta potencia más allá de unos pocos kilovatios con un haz de alta calidad requiere la combinación de varias fuentes de baja potencia. Hay dos enfoques principales para esto: la combinación de haces espectrales (SBC) y la combinación de haces coherentes (CBC). En la combinación de haces coherentes, los láseres se combinan haciendo coincidir exactamente la propiedad de cada haz en cada láser entre sí. Estas propiedades incluyen polarización, fase, longitud de onda, dirección del haz, orientación, calidad y perfil del haz y potencia. En la mayoría de los casos prácticos para alta potencia, al menos la fase (o los frentes de onda) de las fuentes deben controlarse activamente para lograr la coherencia entre las fuentes. Esta combinación de frentes de onda entre fuentes requiere bucles de control activos que agregan una complejidad y un coste significativos al sistema láser. Por otro lado, SBC inherentemente no necesita lazos de control activos. Se pueden combinar haces de diferentes colores o longitudes de onda en un elemento dispersivo, como una rejilla. Si el ángulo de incidencia y la longitud de onda de cada fuente se seleccionan correctamente, todos los haces incidentes se superponen a lo largo de todo el trayecto del haz de salida para generar un solo haz de "luz blanca" (similar a un prisma que funciona al revés).
Ciertas realizaciones comprenden sistemas láser SBC de alta potencia 150 que combinan y utilizan múltiples láseres de fibra despolarizada de banda estrecha 100 , y proporcionar un rayo láser combinado estable de alta potencia con una calidad de rayo muy alta. Los sistemas láser 150 divulgados son fundamentalmente diferentes y ventajosos con respecto a los láseres polarizados de banda estrecha de la técnica anterior (enseñados por Honea, et al. 2013, "Spectrally beam combined fiber lasers for high power efficiency and brightness," Proc. SPIE 8601, 860115-1; y Limpert, et al. 2007), láseres de fibra polarizados aleatoriamente de banda estrecha de la técnica anterior (impartido por Wirth, et al. 2009, "2kW incoherent beam combining for four narrow-linewidth photonic crystal fiber amplifiers", Optics Express, vol. 17, n.° 3, págs. 1178-1183) y láseres de fibra de banda ancha de la técnica anterior (>50 GHz) (impartido por Zheng et al. 2016 y patente US 7.535.631).
En algunas realizaciones, los sistemas láser SBC de alta potencia 150 se puede implementar usando rejillas 152 ilustrado esquemáticamente en figura 9A, que pueden diseñarse para ser insensibles a la polarización y comprender rejillas de transmisión o reflexión. Como ejemplo no limitativo, se ilustra la rejilla 152 es una rejilla de transmisión independiente de la polarización hecha grabando una pieza de sílice fundida con una geometría de ranura específica (o usando vidrio grabado), que está optimizada para proporcionar un comportamiento relativamente insensible a la polarización en un gran ancho de banda. La figura 9B ilustra una simulación de la rejilla 152 que muestra una eficiencia de difracción superior al 94,5 % desde 1030 nm hasta 1120 nm para ambos estados de polarización (TE, TM). Otros dos ejemplos de rejilla 152 puede producirse (i) depositando un revestimiento dieléctrico multicapa sobre un sustrato de vidrio y luego grabando el revestimiento para hacer una rejilla de alta eficiencia para ambos estados de polarización (un ejemplo conocido es una rejilla con un período de línea de 1379 líneas/mm con eficiencias de 92­ 94 % de 1055-1080 nm para ambos estados de polarización, otro ejemplo tiene una eficiencia de combinación del 94% en una rejilla dieléctrica multicapa reflectante optimizada para ambas polarizaciones, enseñado por Zheng et al.
2016); o (ii) una rejilla diseñada con -960 líneas/mm con más del 98 % de eficiencia de difracción para ambas polarizaciones y una eficiencia de combinación de >97 % usando láseres polarizados aleatoriamente (un láser de fibra con configuración de oscilador construido con fibra que mantiene la no polarización sin control del estado de polarización de salida; el estado de polarización se orienta dependiendo de las tensiones en la fibra y la geometría) como se demuestra en Wirth, et al. 2009.
En una demostración experimental, los inventores han demostrado una eficiencia de combinación del 97 % utilizando una rejilla de difracción independiente de polarización de transmisión única 152 para combinar dos láseres de fibra que funcionan nominalmente a 10 W. Los osciladores de láser de fibra se fabricaron usando fibras de mantenimiento de no polarización estándar que dieron como resultado una salida de láser naturalmente despolarizada como se describe anteriormente. Se midió que los anchos espectrales eran inferiores a 0,1 nm, que era la limitación de resolución del analizador de espectro óptico (se estima que el ancho real es mucho menor que esto, ya que los láseres eran de baja potencia y no había una degradación medible en el factor de calidad del haz M2 después de combinar). La calidad del haz de entrada de cada láser y la calidad del haz de salida combinado fueron aproximadamente M2 ~ 1,1.
La figura 9C ilustra esquemáticamente un ejemplo de sistema 150, según algunas realizaciones de la invención. En el sistema 150, las fibras de entrega de salida 100 de un conjunto de láseres de fibra con diferentes longitudes de onda pueden disponerse en una matriz aproximadamente lineal para proporcionar ejes ópticos de haz de salida paralelos. Se puede aplicar una terminación especial (por ejemplo, una tapa de extremo) en cada fibra para permitir una alineación precisa y un manejo de alta potencia. La matriz lineal se coloca en el plano focal posterior de uno o más elemento(s) óptico(s) 154 como una lente o un espejo. En el plano focal frontal, una rejilla 152 se coloca en el ángulo apropiado (ver la figura 9A) para combinar espectralmente los haces. Un haz de salida combinado resultante 155 tiene la misma calidad de haz que los haces de entrada individuales de las fibras 100, posiblemente con degradaciones debidas a la dispersión angular de cada fuente láser debido a la anchura espectral del láser y las tolerancias mecánicas. El ejemplo ilustrado en la Figura 9C es un ejemplo de campo lejano no limitativo, que puede ser reemplazado por otras geometrías, como las enseñadas por la patente US N.° 7.535.631.
Una expresión aproximada para el aumento de M2 debido a la interacción del ancho de banda del láser con la dM 2 = i Cün a dA
dispersión de la rejilla viene dada por 2ÁA cos , donde w es el radio del haz en la rejilla 152, A es la longitud de onda del láser, A es el período de rejilla, 0l es el ángulo de Littrow de rejilla 152 (ver la figura 9A) y dA es el ancho de banda de la fuente láser (ver Limpert, et al. 2007). En un ejemplo no limitativo, puede usarse una rejilla independiente de polarización 152 con 960 líneas/mm y fibras de entrega 100 con un diámetro nominal de núcleo y revestimiento de 20 y 250 micras, respectivamente. El diámetro del campo del modo de salida de cada fibra puede ser de aproximadamente 17,6 micras alrededor de 1060 nm, y la distancia focal de la lente 154 y el espaciado de longitud de onda de los láseres de fibra 100 puede seleccionarse para que el espaciado de etapa de fibra en la matriz de entrada sea de 250 micras, que es el diámetro de la fibra. Con un espaciado de longitud de onda de 1 nm entre láseres de fibra 100, la distancia focal de la lente 154 es aproximadamente f = 22 cm. Suponiendo que el ancho de banda de cada láser es de 10 GHz, la calidad del haz de salida es aproximadamente M2 = 1,5 dado M2 = 1 haces de entrada. El aumento en M2 se debe a la dispersión de la rejilla. Suponiendo que el ancho de banda de los láseres se reduce a 3 GHz, entonces M2 del haz combinado sería menor que M2 = 1,2.
Ciertas realizaciones comprenden un sistema láser 150 que comprende múltiples láseres de fibra 100, al menos un elemento óptico 154 configurado para combinar salidas de láseres de fibra 100 (que puede colimarse individualmente) y una rejilla insensible a la polarización 152 configurado y ajustado para generar un haz de salida 155 de las salidas combinadas de los láseres de fibra 100. Por ejemplo, la rejilla 152 puede comprender rejilla(s) de transmisión, rejilla(s) reflectante(s), rejilla(s) de difracción y combinaciones de los mismos. El elemento(s) óptico(s) 154 puede comprender lentes y/o espejos, al menos uno de los cuales puede ajustarse a distancias de longitud focal desde un plano de salida común de láseres de fibra 100 y de rejilla 152. Los parámetros de configuración del sistema 150 puede ser determinada por los requisitos de rendimiento, por ejemplo, de acuerdo con dM2 = dA
2M eos eL , como se explicó anteriormente.
Ciertas realizaciones comprenden varias técnicas de combinación de haces espectrales utilizando más de una rejilla, como se describe, por ejemplo, en las patentes US N.os 7.233.422, 7.199.924 y 7.535.631. Por ejemplo, tales realizaciones o similares pueden usarse para reducir el efecto de la degradación de la calidad del haz debido al ancho espectral. En algunas realizaciones, el uso de una fuente láser de fibra despolarizada puede configurarse para aumentar el rendimiento aumentando la potencia proporcionada por ancho de banda determinado.
Ventajosamente, utilizando láser de fibra despolarizada 100 permite aumentar la potencia en un factor de dos sobre la caja de fibra polarizada debido al aumento del umbral de SBS. Usar rejillas insensibles a la polarización de baja dispersión 152 relaja las restricciones de ancho de banda en el láser de fibra 100, y si se aumenta el ancho de banda, entonces la salida de cada láser de fibra 100 se puede aumentar a medida que aumenta también el umbral SBS de limitación de potencia. Por el contrario, en la técnica anterior, por ejemplo, usando una rejilla polarizada de 1740 líneas/mm, el espaciado de longitud de onda entre las fuentes de láser de fibra disminuye a 0,2 nm, pero la M2 = 3 resultante debido a la dispersión del ancho de línea de 10 GHz en la red. La distancia focal de la lente se puede disminuir para disminuir este efecto, pero muchas veces esto tiene limitaciones prácticas, incluido el tamaño de los componentes. Incluso si va, por ejemplo, a una lente f = 15 cm, la M2 disminuye solo a 2,4 a medida que la divergencia del haz en la rejilla aumenta en relación con la dispersión de la rejilla. Por lo tanto, la invención descrita es superior en rendimiento a la técnica anterior.
La figura 10 es un diagrama de flujo de alto nivel que ilustra un método 200, según algunas realizaciones de la invención. El método 200 podrá comprender cualquiera de las siguientes etapas, no necesariamente ilustradas por su orden de ejecución. Estas etapas del método se describen con más detalle con respecto a los láseres de fibra 100 descrito anteriormente y que puede configurarse para implementar y/o según el método 200.
El método 200 comprende utilizar, en un láser de fibra que tiene una fibra óptica, una fuente de semilla de banda estrecha de frecuencia ampliada, en el que la fuente de semilla de banda estrecha tiene un ancho espectral de menos de 10 GHz, que se amplía a un ancho espectral de menos de 50 GHz (etapa 210), radiación despolarizante de la fuente de semilla para proporcionar una salida despolarizada que se despolariza en escalas de tiempo inferiores a 50 ns (etapa 220), o en algunas realizaciones, menos de 10 ns, y amplificando la radiación despolarizada y entregando la radiación amplificada en la fibra óptica (etapa 230). La amplificación puede ser de alta potencia, posiblemente de más de 10W.
El método 200 puede comprender además configurar la fuente de semilla de frecuencia ampliada como una fuente de frecuencia única y ampliar un espectro de esta mediante una modulación temporal (etapa 212). El método 200 puede comprender además configurar la fuente de semilla de frecuencia ampliada como un diodo de retroalimentación distribuida de banda estrecha (DFB) de barrido de frecuencia (etapa 214), y opcionalmente barrer una frecuencia del diodo DFB por modulación de corriente (etapa 214A).
El método 200 puede comprender además la modulación de una fase de la fuente de radiación, por ejemplo, usando un modulador de fase (etapa 216).
El método 200 puede comprender además llevar a cabo despolarización 220 por un interferómetro óptico, configurado para despolarizar una entrada polarizada al mismo (etapa 221 ), por ejemplo, el método 200 puede comprender la realización de despolarización 220 por un interferómetro de desplazamiento de frecuencia óptica y modificando, espectralmente, una longitud de onda de la radiación amplificada en un brazo del interferómetro (etapa 222).
El método 200 puede comprender el uso de una fibra de mantenimiento de polarización (PM) para despolarizar 220 (escenario 224), y configurar la fuente de semillas de frecuencia ampliada para que comprenda al menos dos semillas con polarizaciones ortogonales (etapa 226) que se entregan a la fibra PM.
El método 200 puede comprender además llevar a cabo la amplificación 230 por al menos una SOA configurada para estabilizar, temporalmente, la radiación recibida (etapa 232). El método 200 puede comprender además ubicar el al menos un segmento de fibra PM entre las etapas del amplificador, en la salida del amplificador y/o en la entrada del amplificador (etapa 235).
El método 200 puede comprender además incorporar al menos un segmento de fibra PM en la fibra óptica para dividir la radiación despolarizada recibida entre al menos dos ejes ópticos de la misma (etapa 240). El método 200 puede comprender además empalmar uno o varios segmento(s) de fibra PM a la fibra óptica para formar ángulos entre sus respectivos ejes ópticos (etapa 245).
El método 200 puede comprender además la combinación óptica de salidas de una pluralidad de láseres de fibra en una rejilla insensible a la polarización (etapa 250) y generar, mediante la rejilla, un haz de salida a partir de las salidas combinadas de los láseres de fibra (etapa 260). En algunas realizaciones, el método 200 puede comprender configurar la rejilla como una rejilla de transmisión y llevar a cabo la combinación óptica de salidas de láser de fibra mediante al menos un elemento óptico fijado a distancias de longitud focal desde un plano de salida común de los láseres de fibra y desde la rejilla (etapa 265).
Lista de elementos de los dibujos y sus números de referencia
Espectro PRBS 80
Simulador SBS 94
Láseres de fibra 100
Fibra PM 105
Controlador de CW (onda continua) 109
Fuente de semilla de frecuencia ampliada 110, por ejemplo, diodo DFB 110A
Fuente de frecuencia única 112
Estados de polarización ortogonal 112A, 112B, por ejemplo, a lo largo del eje rápido 112A y el eje lento 112B
Modulador de corriente 114
Generador de señal 115
Modulador de fase 116
Fuentes de semilla con ancho de banda controlable 118
Despolarizador 120
Controlador de polarización 120A
Divisor 121
Interferómetro 122
Dos brazos del interferómetro 122A, 122B, diferencia de longitud de trayecto 122C
Empalme 45° 122D
Divisor de haz de polarización (PBS) 123
AOFS 125
Espectro intercalado 128
Salida resultante 128A
Amplificador(es) (por ejemplo, SOA) 130, amplificadores 130A, 130B, 130C
Fibra óptica 140
Monitor SBS 141
Formas de incorporar fibras de PM 142-145
Sistemas láser 150
Rejilla 152
Elemento(s) óptico(s) 154
Haz de salida combinado 155
Método 200 y etapas 210-265 del mismo
En la descripción anterior, una realización es un ejemplo o implementación de la invención. Las diversas apariencias de "una realización", "ciertas realizaciones" o "algunas realizaciones" no necesariamente se refieren todas a las mismas realizaciones. Aunque pueden describirse diversas características de la invención en el contexto de una sola realización, las características también pueden proporcionarse por separado o en cualquier combinación adecuada. Por el contrario, aunque la invención puede describirse aquí en el contexto de realizaciones separadas para mayor claridad, la invención también puede implementarse en una única realización. Ciertas realizaciones de la invención pueden incluir características de diferentes realizaciones descritas anteriormente, y ciertas realizaciones pueden incorporar elementos de otras realizaciones descritas anteriormente. La divulgación de elementos de la invención en el contexto de una realización específica no debe considerarse como una limitación de su uso en la realización específica únicamente. Además, debe entenderse que la invención puede llevarse a cabo o practicarse de varias maneras y que la invención puede implementarse en ciertas realizaciones distintas de las esbozadas en la descripción anterior.
La invención no se limita a esos diagramas ni a las descripciones correspondientes. Por ejemplo, no es necesario que el flujo se mueva a través de cada cuadro o estado ilustrado, o exactamente en el mismo orden en que se ilustra y describe. Los significados de los términos técnicos y científicos utilizados en este documento deben ser entendidos comúnmente por un experto en la técnica a la que pertenece la invención, a menos que se defina de otro modo. Si bien la invención se ha descrito con respecto a un número limitado de realizaciones, estas no deben interpretarse como limitaciones del alcance de la invención, sino como ejemplos de algunas de las realizaciones preferidas. Otras posibles variaciones, modificaciones y aplicaciones también están dentro del alcance de la invención. En consecuencia, el alcance de la invención no debería estar limitado por lo que se ha descrito hasta ahora, sino por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Una fuente láser acoplada a una fibra (100), que comprende:
una fuente de semilla de banda estrecha de frecuencia ampliada, que comprende una fuente de semilla de banda estrecha que tiene un ancho espectral de menos de 10 GHz, en el que una salida de la fuente de semilla de banda estrecha se amplía a un ancho espectral de menos de 50 GHz;
un despolarizador (120; 122; 122D) acoplado a una salida de la fuente de semilla de banda estrecha de frecuencia ampliada (110 ) y configurado para proporcionar una salida despolarizada, en el que la salida despolarizada se despolariza en escalas de tiempo inferiores a 50 ns;
al menos un amplificador (130) acoplado a una salida del despolarizador, en el que el amplificador está configurado para recibir y amplificar la salida despolarizada; y
una fibra óptica (105) que conecta la fuente de semilla, el despolarizador y al menos un amplificador y está configurada para recibir la radiación amplificada desde al menos un amplificador, comprendiendo la fibra óptica al menos un segmento de una fibra de mantenimiento de polarización, PM, que tiene al menos dos ejes ópticos (112A, 112B), en el que el al menos un segmento de fibra PM está ubicado aguas abajo del despolarizador y está configurado para dividir la radiación despolarizada recibida entre al menos dos ejes ópticos del mismo.
2. La fuente láser acoplada a una fibra de la reivindicación 1, en la que la fuente de semilla de frecuencia ampliada comprende una única fuente de frecuencia (112 ) que se amplía mediante una modulación temporal.
3. La fuente láser acoplada a fibra de la reivindicación 2, en la que la fuente de semilla de frecuencia ampliada comprende un diodo de realimentación distribuida de banda estrecha con barrido de frecuencia, DFB.
4. La fuente láser acoplada a fibra de la reivindicación 3, en la que una frecuencia del diodo DFB es barrida por modulación de corriente.
5. La fuente láser acoplada a una fibra de la reivindicación 2, en la que la fuente de semilla de frecuencia ampliada comprende un modulador de fase (116) configurado para modular una fase de la fuente de radiación.
6. La fuente láser acoplada a una fibra de la reivindicación 1, en la que el despolarizador comprende un interferómetro óptico (122 ) configurado para despolarizar una entrada polarizada al mismo.
7. La fuente láser acoplada a una fibra de la reivindicación 6, en la que el interferómetro es de tipo Mach-Zehnder o Lyot.
8. La fuente láser acoplada a una fibra de la reivindicación 1, en la que el despolarizador comprende un interferómetro óptico de desplazamiento de frecuencia configurado para modificar, espectralmente, una longitud de onda de la radiación amplificada en un brazo del interferómetro.
9. La fuente láser acoplada a una fibra de la reivindicación 8, en la que el interferómetro es de tipo Mach-Zehnder o Lyot.
10. La fuente láser acoplada a fibra de la reivindicación 1, en la que el al menos un amplificador está configurado además para amplificar la salida despolarizada a más de 10 W.
11. La fuente láser acoplada a una fibra de la reivindicación 1, en la que la fuente de semillas de frecuencia ampliada comprende al menos dos semillas con polarizaciones ortogonales.
12. La fuente láser acoplada a fibra de una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en la que al menos un amplificador comprende al menos un amplificador óptico semiconductor, SOA.
13. La fuente láser acoplada a una fibra de la reivindicación 1, en la que el al menos un segmento de fibra PM está ubicado entre las etapas del al menos un amplificador.
14. La fuente láser acoplada a una fibra de la reivindicación 1, en la que el al menos un segmento de fibra PM está ubicado en una salida del al menos un amplificador.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11740399B2 (en) * 2018-02-06 2023-08-29 Raytheon Company Low cost dispersive optical elements
JP2020053423A (ja) * 2018-09-21 2020-04-02 浜松ホトニクス株式会社 レーザ装置及びレーザ波形制御方法
DK3956954T3 (da) 2019-04-17 2024-04-15 Nufern Fiberpolarisationsforvrængningsindretning
US11757248B2 (en) * 2019-07-19 2023-09-12 Raytheon Company System and method for spectral line shape optimization for spectral beam combining of fiber lasers
CN110445009B (zh) * 2019-07-29 2022-04-12 北京邮电大学 基于正交双泵浦的光纤布里渊放大器
US11309678B2 (en) * 2019-10-09 2022-04-19 Molex, Llc Spectrum and power tunable ASE light source
CN112596254B (zh) * 2020-12-07 2022-05-20 宁波大学 基于光子晶体的紧凑型偏振分束器
CN115276809A (zh) * 2021-04-30 2022-11-01 华为技术有限公司 一种光信号的获取方法以及相关设备
US20220368105A1 (en) * 2021-05-14 2022-11-17 Microsoft Technology Licensing, Llc Laser having reduced coherence via phaser shifter
US20230006407A1 (en) * 2021-06-30 2023-01-05 Nufern Apparatus and method for spectrally shaping a laser beam

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4109727A1 (de) * 1991-03-25 1992-10-01 Standard Elektrik Lorenz Ag Verfahren und vorrichtung zur beschichtung eines optoelektronischen bauelements
IT1279248B1 (it) * 1995-12-21 1997-12-09 Pirelli Cavi S P A Ora Pirelli Sistema di trasmissione di segnali ottici modulati e depolarizzati
JP3813450B2 (ja) * 2000-02-29 2006-08-23 古河電気工業株式会社 半導体レーザ素子
US6850712B1 (en) 2000-05-31 2005-02-01 Lucent Technologies Inc. Optical fiber transmission system with polarization multiplexing to reduce stimulated brillouin scattering
JP2004038012A (ja) 2002-07-05 2004-02-05 Minolta Co Ltd 映像表示装置
CA2393172C (en) * 2002-07-12 2008-11-04 Itf Technologies Optiques Inc.- Itf Optical Technologies Inc. All-fiber linear design depolarizer
US20050248820A1 (en) 2004-03-31 2005-11-10 Christophe Moser System and methods for spectral beam combining of lasers using volume holograms
ATE514060T1 (de) * 2004-05-27 2011-07-15 Yeda Res & Dev Kohärent gesteuerte nichtlineare raman- spektroskopie
US7233442B1 (en) 2005-01-26 2007-06-19 Aculight Corporation Method and apparatus for spectral-beam combining of high-power fiber lasers
US7199924B1 (en) 2005-01-26 2007-04-03 Aculight Corporation Apparatus and method for spectral-beam combining of high-power fiber lasers
US7539231B1 (en) 2005-07-15 2009-05-26 Lockheed Martin Corporation Apparatus and method for generating controlled-linewidth laser-seed-signals for high-powered fiber-laser amplifier systems
US7778290B2 (en) 2005-10-02 2010-08-17 Elbit Systems Electro-Optics Elop Ltd. Fiber lasers
US7391558B2 (en) 2005-10-19 2008-06-24 Raytheon Company Laser amplifier power extraction enhancement system and method
US8577224B2 (en) * 2008-03-21 2013-11-05 Infinera Corporation Optical shaping for amplification in a semiconductor optical amplifier
WO2011046780A1 (en) * 2009-10-13 2011-04-21 Nanda Nathan Pulsed high-power laser apparatus and methods
US20120275477A1 (en) * 2011-04-28 2012-11-01 Martin Ole Berendt Suppression of coherence effects in fiber lasers
US8774236B2 (en) 2011-08-17 2014-07-08 Veralas, Inc. Ultraviolet fiber laser system
US8995049B2 (en) * 2011-09-08 2015-03-31 Northrop Grumman Systems Corporation Method and apparatus for suppression of stimulated brillouin scattering using polarization control with a birefringent delay element
US8970935B2 (en) * 2012-09-27 2015-03-03 The Johns Hopkins University High energy fiber laser modulator
US9583907B2 (en) * 2014-04-11 2017-02-28 Raytheon Company System and method for generating high energy optical pulses with arbitrary waveform
US9762020B1 (en) * 2017-01-13 2017-09-12 Gooch And Housego Plc Bi-directionally pumped polarization maintaining fiber amplifier

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IL249320B2 (en) 2023-06-01
WO2018100579A1 (en) 2018-06-07
IL249320A0 (en) 2017-04-02
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