PL248876B1 - Quasi-liniowy całkowicie światłowodowy oscylator laserowy generujący ultrakrótkie impulsy oraz jego zastosowanie - Google Patents

Quasi-liniowy całkowicie światłowodowy oscylator laserowy generujący ultrakrótkie impulsy oraz jego zastosowanie

Info

Publication number
PL248876B1
PL248876B1 PL441102A PL44110222A PL248876B1 PL 248876 B1 PL248876 B1 PL 248876B1 PL 441102 A PL441102 A PL 441102A PL 44110222 A PL44110222 A PL 44110222A PL 248876 B1 PL248876 B1 PL 248876B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
fiber
cavity
linear
optical
laser
Prior art date
Application number
PL441102A
Other languages
English (en)
Other versions
PL441102A1 (pl
Inventor
Mateusz PIELACH
Mateusz Pielach
Agnieszka JAMROZIK
Agnieszka Jamrozik
Katarzyna KRUPA
Katarzyna Krupa
Yuriy Stepanenko
Original Assignee
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk filed Critical Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk
Priority to PL441102A priority Critical patent/PL248876B1/pl
Priority to EP22187806.9A priority patent/EP4274037B1/en
Publication of PL441102A1 publication Critical patent/PL441102A1/pl
Publication of PL248876B1 publication Critical patent/PL248876B1/pl

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
    • H01S3/06712—Polarising fibre; Polariser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/0675—Resonators including a grating structure, e.g. distributed Bragg reflectors [DBR] or distributed feedback [DFB] fibre lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06791—Fibre ring lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08018—Mode suppression
    • H01S3/08022—Longitudinal modes
    • H01S3/08027—Longitudinal modes by a filter, e.g. a Fabry-Perot filter is used for wavelength setting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1106—Mode locking
    • H01S3/1112—Passive mode locking
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02251—Out-coupling of light using optical fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/02—ASE (amplified spontaneous emission), noise; Reduction thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/08—Generation of pulses with special temporal shape or frequency spectrum
    • H01S2301/085—Generation of pulses with special temporal shape or frequency spectrum solitons
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08059—Constructional details of the reflector, e.g. shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094049—Guiding of the pump light
    • H01S3/094053—Fibre coupled pump, e.g. delivering pump light using a fibre or a fibre bundle
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1618—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth ytterbium

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest oscylator laserowy o quasi-liniowej konfiguracji wnęki zawierający ośrodek wzmacniający w postaci światłowodu domieszkowanego jonami pierwiastków ziem rzadkich (DF), który jest pompowany optycznie poprzez sprzęgacz pompy (WDM) z wykorzystaniem diody laserowej (LD) o długości fali dostosowanej do krzywej absorpcji ośrodka wzmacniającego, środek do zawracana impulsu oraz port wyjściowy (OUT), charakteryzujący się tym, że ponadto zawiera optyczny cyrkulator (CIR) oraz nieliniowe optyczne zwierciadło pętlowe (NOLM) obejmujące sprzęgacz światłowodowy (FC) i jest zbudowany całkowicie ze światłowodów i komponentów światłowodowych, korzystnie ze światłowodów utrzymujących stan polaryzacji PM, oraz jego zastosowanie. Przedmiotem zgłoszenia jest również zastosowanie oscylatora laserowego.

Description

Opis wynalazku
Niniejszy wynalazek dotyczy dziedziny ultraszybkich technik laserowych. Przedmiotem wynalazku jest quasi-liniowa konfiguracja całkowicie światłowodowego oscylatora laserowego, zwłaszcza zbudowanego całkowicie z światłowodów utrzymujących stan polaryzacji PM (ang. Polarization Maintaining), w którym praca impulsowa jest osiągnięta przez pasywną synchronizację modów z wykorzystaniem nieliniowego optycznego zwierciadła pętlowego NOLM (ang. Nonlinear Optical Loop Mirror).
Możliwość stabilnej generacji ultrakrótkich impulsów w środowisku o zmiennych warunkach zewnętrznych to główna zaleta laserów zbudowanych całkowicie ze światłowodów PM w porównaniu do standardowych konstrukcji wykorzystujących elementy wolnej przestrzeni. Źródła bazujące na włóknach PM charakteryzują się większą odpornością na drgania mechaniczne, zmiany temperatury, mogą pracować w warunkach o wysokiej wilgotności czy zapyleniu [W. Hansel, H. Hoogland, M. Giunta, S. Schmid, T. Steinmetz, R. Doubek, P. Mayer, S. Dobner, C. Cleff, M. Fischer, and R. Holzwarth. All polarization-maintaining fiber laser architecture for robust femtosecond pulse generation. Applied Physics B, 123, 11 2016; X. Shen, W. Li, and H. Zeng. Polarized dissipative solitons in all-polarizationmaintained fiber laser with long-term stable self-started mode-locking. Applied Physics Letters, 105:101109-101109, 09 2014]. Dzięki temu, takie systemy są szeroko stosowane w aplikacjach pozalaboratoryjnych, m.in. w takich dziedzinach jak: medycyna, obrazowanie [M. Brinkmann, A. Fast, T. Hellwig, I. Pence, C. L. Evans, and C. Fallnich. Portable all-fiber dual-output widely tunable light source for coherent Raman imaging. Biomed. Opt. Express, 10(9):4437-4449, Sep 2019] czy obróbka materiałów [T. Szymborski, Y. Stepanenko, K. Niciński, P. Piecyk, S. M. Berus, M. Adamczyk-Popławska, and A. Kamińska. Ultrasensitive SERS platform made via femtosecond laser micromachining for biomedical applications. Journal of Materials Research and Technology, 12:1496-1507, 2021].
Pasywna synchronizacja modów pozwalająca na uzyskanie impulsów o czasie trwania < 10 ps może być zrealizowana za pomocą materiałowych lub sztucznych nasycalnych absorberów. Jednakże, te pierwsze mają tendencję do utraty swoich właściwości w czasie [K. Viskontas, K. Regelskis, and N. Rusteika. Slow and fast optical degradation of the sesam for fiber laser mode-locking at 1 μm. Lithuanian Journal of Physics, 54:127-13570, 05 2014]. Z tej przyczyny, w celu zapewnienia długiej żywotności lasera, preferowane są sztuczne nasycalne absorbery. Do najczęściej stosowanych zalicza się metody nieliniowej ewolucji polaryzacji NPE (ang. Nonlinear Polarization Evolution) [PL235842B1 Nasycalny absorber i sposób synchronizacji modów w laserze https://patents.google.com/patent/pl235842b1], nieliniowego optycznego zwierciadła pędowego NOLM [N. J. Doran and David Wood. Nonlinear-optical loop mirror. Opt. Lett., 13(1 ):56-58, Jan 1988] oraz nieliniowego wzmacniającego zwierciadła pętlowego NALM (ang. Nonlinear Amplifying Loop Mirror) [M. E. Fermann, F. Haberl, M. Hofer, and H. Hochreiter. Nonlinear amplifying loop mirror. Opt. Lett., 15(13):752-754, Jul 1990].
Większość dotychczas prezentowanych oscylatorów na włóknach PM charakteryzowała się pierścieniową geometrią wnęki. Do najpopularniejszych zalicza się geometrie w kształcie cyfry 8 (ang. figure-eight lasers) [Irl N. Duling. All-fiber ring soliton laser mode locked with a nonlinear mirror. Opt. Lett., 16(8):539-541, Apr 1991; J. W. Nicholson and M. Andrejco. A polarization maintaining, dispersion managed, femtosecond figure-eight fiber laser. Opt. Express, 14(18):8160-8167, Sep 2006] oraz cyfry 9 (ang. figure-nine lasers) [N. Kuse, J. Jiang, C.-C. Lee, T. R. Schibli, and M.E. Fermann. All polarizationmaintaining Er fiber-based optical frequency combs with nonlinear amplifying loop mirror. Opt. Express, 24(3):3095-3102, Feb 2016].
Oscylatory z wnęką pierścieniową charakteryzują się pojedynczym przejściem impulsu przez ośrodek wzmacniający w trakcie jednego obiegu impulsu przez wnękę. Główną zaletą liniowych konfiguracji jest podwójne przejście przez ośrodek wzmacniający, co może pozwolić na redukcję długości ośrodka wzmacniającego w postaci światłowodu domieszkowanego jonami ziem rzadkich. Wykorzystując konfiguracje z pętlą NALM lub NOLM nie jest możliwe zrealizowanie całkowicie liniowej konfiguracji. Zaprezentowane dotychczas hybrydowe rozwiązania z fragmentem liniowej wnęki nadal charakteryzują się pojedynczym przejściem impulsu przez ośrodek wzmacniający w trakcie jednego obiegu impulsu przez wnękę [V.I. Denisov, A.V. Ivanenko, B.N. Nyushkov, and Viktor Pivtsov. Femtosecond fibre laser with a hybrid linear - ring cavity. Quantum Electronics, 38:801-802, 09 2008]. Całkowicie liniowe konfiguracje wymagają zastosowania elementów odbiciowych we wnęce, co może być zrealizowane za pomocą materiałowego nasycalnego absorbera w postaci zwierciadła półprzewodnikowego SESAM [D. Yan, B. Liu, J. Guo, M. Zhang, Y. Chu, Y. Song, and M. Hu. Route to stable dispersion-managed mode-locked Yb-doped fiber lasers with near-zero net cavity dispersion. Opt. Express, 28(20):29766PL 248876 B1
29774, Sep 2020], który nie pozwala na długotrwałą stabilną pracę oscylatora. Natomiast wykorzystanie linowej wnęki oscylatora Mamysheva wymaga impulsu zasiewającego do inicjacji pracy impulsowej [EP3178137B1 Method and generator for generating ultra-short light pulses https://patents.google.com/patent/ep3178137b11. Z wykorzystaniem metody NPE możliwe jest zrealizowanie liniowej konfiguracji z zastosowaniem zwierciadła Faradaya, co wprowadza element wolnej przestrzeni obniżający stabilność układu [PL235842B1 Nasycalny absorber i sposób synchronizacji modów w laserze https://patents.google.com/patent/pl235842b1; EP1720223A1 Environmentally stable self-starting mode-locked waveguide laser and a method of generating mode-locked laser pulses https://pa- tents.google.com/patent/ep1720223a1/en; M. Yu, Z. Cheng, C. Hong, Y. Shi, Z. Peng, M. Wang, and P. Wang. Numerical modeling and experimental investigation of ultrafast pulses generation from allpolarization-maintaining dispersion-managed nonlinear polarization evolution Yb-doped fiber laser. Opt. Express, 28(22):32764-32776, Oct 2020; Guanyu Liu, Shangming Ou, Qingmao Zhang, Mingsi Zhang, Xiangping Li, and Qiaoliang Bao All-polarization-maintaining linear fiber laser mode-locked by nonlinear polarization evolution with phase bias. Optics & Laser Technology, 142:107160, 2021].
Niespodziewanie okazało się, że wykorzystując nieliniowe optyczne zwierciadło pętlowe w połączeniu z optycznym cyrkulatorem, możliwe jest stworzenie quasi-liniowej konfiguracji zbudowanej całkowicie ze światłowodów PM, w której podczas jednego obiegu przez wnękę impuls przechodzi przez ośrodek wzmacniający dwukrotnie. Niniejsza konfiguracja nie posiada elementów wolnej przestrzeni ani nie potrzebuje impulsu zasiewającego do inicjacji pracy impulsowej.
A zatem przedmiotem niniejszego wynalazku jest oscylator laserowy o quasi-liniowej konfiguracji wnęki, wytwarzający ultrakrótkie impulsy, zawierający ośrodek wzmacniający w postaci światłowodu domieszkowanego jonami pierwiastków ziem rzadkich, który jest pompowany optycznie poprzez sprzęgacz pompy z wykorzystaniem diody laserowej o długości fali dostosowanej do krzywej absorpcji ośrodka wzmacniającego, środek do zawracana impulsu oraz port wyjściowy, charakteryzujący się tym, że ponadto zawiera optyczny cyrkulator integrujący liniową część wnęki z fragmentem pętlowym oraz nieliniowe optyczne zwierciadło pętlowe, gwarantujące pracę impulsową poprzez pasywną synchronizację modów, obejmujące sprzęgacz światłowodowy i jest zbudowany całkowicie ze światłowodów i komponentów światłowodowych, korzystnie ze światłowodów utrzymujących stan polaryzacji PM.
Korzystnie, ośrodek wzmacniający w postaci światłowodu jest domieszkowany jonami neodymu i/lub erbu i/lub iterbu.
Korzystnie, ośrodek wzmacniający w postaci światłowodu jest umieszczony w liniowym fragmencie wnęki.
Korzystnie, oscylator zawiera środki do zawracania impulsu umożliwiające stworzenie liniowego fragmentu wnęki.
Korzystnie, środkiem do zawracania impulsu jest światłowodowa siatka Bragga, korzystnie światłowodowa siatka Bragga o zmiennym okresie, lub światłowodowe zwierciadło pętlowe.
Korzystnie, oscylator zawiera element pełniący rolę filtra spektralnego, korzystnie jest to światłowodowa siatka Bragga, lub dodatkowy pasmowo-przepustowy filtr spektralny, dostosowany parametrami do centralnej długości fali generowanego przez laser promieniowania.
Korzystnie, oscylator zawiera port wyjściowy, korzystnie stworzony przez umieszczony poza wnęką sprzęgacz pompy, lub sprzęgacz światłowodowy, lub światłowodową siatkę Bragga.
Korzystnie, nieliniowe optyczne zwierciadło pętlowe, pełniące rolę nasycalnego absorbera, obejmuje sprzęgacz światłowodowy zawierający co najmniej 2 porty wejściowe i co najmniej 2 porty wyjściowe.
Korzystnie, pętla sprzęgacza światłowodowego, służącego do realizacji nieliniowego optycznego zwierciadła pętlowego, gwarantuje możliwość interferencji pomiędzy dwoma wiązkami, pierwszą propagującą się zgodnie z ruchem wskazówek zegara i drugą propagującą się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, które mają różne moce szczytowe.
Korzystnie, optyczny cyrkulator integruje nieliniowe optyczne zwierciadło pętlowe z liniowym fragmentem wnęki.
Przedmiotem wynalazku jest także zastosowanie oscylatora laserowego o quasi-liniowej konfiguracji wnęki zdefiniowanego powyżej do generowania ultrakrótkich impulsów.
Całkowicie światłowodowy oscylator laserowy o quasi-liniowej konfiguracji, generujący ultrakrótkie impulsy, charakteryzuje się podwójnym przejściem impulsu przez światłowód domieszkowany jonami pierwiastków ziem rzadkich w trakcie jednego obiegu przez wnękę.
Odcinek światłowodu domieszkowanego jonami aktywnymi jest pompowany poprzez sprzęgacz pompy (WDM).
Środkami do zawracania impulsu mogą być światłowodowa siatka Bragga (FBG), zwłaszcza o zmiennym okresie (CFBG), lub światłowodowe zwierciadło pętlowe.
Praca impulsowa jest osiągana dzięki zastosowaniu sztucznego nasycalnego absorbera w postaci nieliniowego optycznego zwierciadła pętlowego (NOLM).
Wnęka zawiera optyczny cyrkulator (CIR) integrujący nieliniowe optyczne zwierciadło pętlowe z liniowym fragmentem wnęki.
Korzystnie optyczny cyrkulator kieruje promieniowanie wzmocnione w światłowodzie domieszkowanym na port wejściowy nieliniowego optycznego zwierciadła pętlowego.
Korzystnie optyczny cyrkulator blokuje promieniowanie odbite od nieliniowego optycznego zwierciadła pętlowego.
Korzystnie promieniowanie przetransmitowane przez nieliniowe optyczne zwierciadło pętlowe jest transmitowane przez optyczny cyrkulator do portu połączonego do światłowodu domieszkowanego.
W korzystnym przypadku światłowodowa siatka Bragga o zmiennym okresie pełni rolę kompresora redukującego świergot impulsu.
W korzystnym przypadku zastosowania światłowodowej siatki Bragga o zmiennym okresie, wnęka zawiera dodatkowy pasmowo-przepustowy filtr spektralny, dostosowany parametrami do centralnej długości fali generowanego przez laser promieniowania, co umożliwia pracę w reżimie ograniczonych dyspersyjnie solitonów dyssypacyjnych.
W korzystnym przypadku światłowodowa siatka Bragga o zmiennym okresie pełni jednocześnie rolę filtra spektralnego, umożliwiającego pracę w reżimie ograniczonych dyspersyjnie solitonów dyssypacyjnych bez dodatkowego pasmowo-przepustowego filtra spektralnego.
W korzystnym przypadku światłowodowa siatka Bragga o zmiennym okresie pełni jednocześnie rolę sprzęgacza wyjściowego, w którym promieniowanie przetransmitowane przez siatkę stanowi port wyjściowy lasera.
W korzystnym przypadku zastosowania światłowodowej siatki Bragga o zmiennym okresie, sprzęgacz pompy WDM może być umieszczony poza wnęką i stanowić sprzęgacz wyjściowy.
W przypadku zastosowania światłowodowego zwierciadła pętlowego, korzystnie wnęka zawiera pasmowo-przepustowy filtr spektralny, dostosowany parametrami do centralnej długości fali generowanego przez laser promieniowania, co umożliwia pracę w reżimie solitonów dyssypacyjnych.
W korzystnym przypadku zastosowania światłowodowego zwierciadła pętlowego wykorzystującego sprzęgacz 2x2, jeden z portów stanowi port wyjściowy lasera.
Niniejszy wynalazek zostanie opisany szczegółowo z odniesieniem do poszczególnych figur rysunku, które przedstawiają:
Fig. 1. Korzystny układ quasi-liniowego oscylatora laserowego z światłowodową siatką Bragga o zmiennym okresie pełniącą jednocześnie funkcję elementu odbiciowego i filtra spektralnego. LD dioda laserowa, WDM - sprzęgacz pompy, CFBG - światłowodowa siatka Bragga o zmiennym okresie, DF - światłowód domieszkowany jonami pierwiastków ziem rzadkich, CIR - optyczny cyrkulator, FC sprzęgacz światłowodowy, NOLM - nieliniowe optyczne zwierciadło pętlowe, OUT - port wyjściowy.
Fig. 2. Korzystny układ quasi-liniowego oscylatora laserowego wykorzystującego światłowodowe zwierciadło pętlowe do zawracania wiązki. LD - dioda laserowa, WDM - sprzęgacz pompy, DF - światłowód domieszkowany jonami pierwiastków ziem rzadkich, CIR - optyczny cyrkulator, FLT - pasmowoprzepustowy filtr spektralny, FC - sprzęgacz światłowodowy, NOLM - nieliniowe optyczne zwierciadło pętlowe, OUT - port wyjściowy.
Fig. 3. Schemat zestawionego eksperymentalnie oscylatora laserowego o quasi-liniowej konfiguracji wnęki. LD - dioda laserowa, WDM - sprzęgacz pompy, CFBG - światłowodowa siatka Bragga o zmiennym okresie, YSF - światłowód domieszkowany jonami iterbu, CIR - optyczny cyrkulator (1,2, 3 - porty cyrkulatora), FLT - pasmowo-przepustowy filtr spektralny, 80/20 - sprzęgacz światłowodowy o stosunku podziału mocy 80 do 20, NOLM - nieliniowe optyczne zwierciadło pętlowe, OUT - port wyjściowy.
Fig. 4. Eksperymentalne charakterystyki spektralne i czasowe ultraszybkiego lasera światłowodowego zrealizowanego według schematu z Fig. 3. Dyspersja opóźnienia grupowego opisywanej wnęki wynosi +0,324 ps2.
(a) Eksperymentalne spektrum optyczne lasera (czarna krzywa) charakteryzujące się centralną długością fali 1029 nm o szerokości połówkowej 9,2 nm. Przerywana krzywa przedstawia odzyskaną metodą SPIDER fazę spektralną skompresowanego impulsu.
(b) Widmo częstości radiowych (RF) oscylatora charakteryzującego się częstotliwością repetycji 10,865 MHz.
(c) Funkcja autokorelacji impulsu wyjściowego charakteryzującego się czasem trwania 5,5 ps.
(d) Zrekonstruowany przebieg czasowy skompresowanego impulsu (czerwona krzywa, 330 fs) w porównaniu z impulsem ograniczonym fourierowsko (FTL, czarna krzywa 328 fs).
Fig. 1. przedstawia korzystny układ quasi-liniowego oscylatora laserowego. Ośrodek wzmacniający w postaci światłowodu domieszkowanego jonami pierwiastków ziem rzadkich (DF) jest pompowany optycznie poprzez sprzęgacz pompy (WDM) z wykorzystaniem diody laserowej (LD) o długości fali dostosowanej do krzywej absorpcji ośrodka wzmacniającego. Światłowodowa siatka Bragga o zmiennym okresie (CFBG) pełni rolę kompresora, filtra spektralnego oraz środka do zawracania impulsu.
Dzięki skończonej reflaktancji siatki, możliwe jest stworzenie portu wyjściowego za sprzęgaczem pompy. Wzmocnione w DF promieniowanie trafia do optycznego cyrkulatora (CIR), który jest elementem umożliwiającym integrację pętli nieliniowego optycznego zwierciadła pętlowego (NOLM) z liniowym fragmentem wnęki, co w rezultacie skutkuje quasi-liniową konfiguracją oscylatora.
Cyrkulator kieruje promieniowanie na port wejściowy sprzęgacza światłowodowego (FC), służącego do implementacji pętli NOLM gwarantującej pracę impulsową. CIR zapewnia blokadę promieniowania odbitego od pętli NOLM, jednocześnie zapewniając transmisję promieniowania przetransmitowanego przez NOLM. Impuls po obiegu przez pętlę NOLM i przejściu przez CIR ponownie jest wzmacniany w DF. Część promieniowania zostaje odbita od CFBG, co rozpoczyna kolejny obieg impulsu przez rezonator.
Korzystnie, jako środek do zawracania impulsu można zastosować także zwierciadło pętlowe pracujące jako liniowe zwierciadło odbijające. Przykładowa konfiguracja została zaprezentowana na Fig. 2. W tej konfiguracji sprzęgacz pompy WDM jest umieszczony wewnątrz wnęki. Jeden z portów sprzęgacza FC tworzącego zwierciadło pętlowe może zostać wykorzystany jako port wyjściowy. W celu umożliwienia pracy w reżimie solitonów dyssypacyjnych wnęka zawiera także pasmowo-przepustowy filtr spektralny (FLT).
Przykład realizacji wynalazku
Poniżej zostanie opisana przykładowa konfiguracja quasi-liniowego oscylatora laserowego, zgodnego z wynalazkiem.
Fig. 3. przedstawia schemat zestawionego eksperymentalnie układu, który został zbudowany całkowicie ze światłowodów PM typu PANDA. Ośrodek wzmacniający w postaci światłowodu domieszkowanego jonami iterbu (YSF) jest pompowany poprzez sprzęgacz (WDM) z wykorzystaniem diody laserowej (LD) o długości fali dominującej 976 nm pracującej w trybie ciągłym. Światłowodowa siatka Bragga o zmiennym okresie (CFBG) pełni rolę elementu odbiciowego pozwalającego na stworzenie fragmentu liniowej wnęki.
Ponadto, CFBG wprowadza negatywną dyspersję opóźnienia grupowego (-0,113 ps2) do wnęki, a także pełni rolę filtra spektralnego o długości fali centralnej 1030 nm i szerokości połówkowej 20 nm.
Wzmocnione promieniowanie po przejściu przez światłowód domieszkowany iterbem jest doprowadzone do portu nr 2 cyrkulatora, który zapewnia wysoką izolację (>20 dB) względem portu nr 1 oraz małe straty (<1 dB) względem portu nr 3. Oznacza to, że padające na port nr 2 promieniowanie zostaje skierowane do portu nr 3 cyrkulatora. Następny element stanowi sztuczny nasycalny absorber w postaci pętli NOLM opartej na sprzęgaczu o stosunku podziału mocy 80 do 20. Promieniowanie odbite od pętli jest blokowane przez cyrkulator, który zapewnia wysoką izolację wiązki padającej na port 3 względem portu 2 (>20 dB). Natomiast impuls, który został przetransmitowany przez NOLM, pada na pasmowoprzepustowy filtr spektralny o centralnej długości fali 1030 nm i szerokości połówkowej 6 nm, a następnie do portu nr 1 cyrkulatora, który zapewnia małe straty (<1 dB) względem portu nr 2. Kolejno, impuls propaguje się w liniowym fragmencie wnęki i ponownie zostaje wzmocniony w fragmencie światłowodu domieszkowanego iterbem. Następnie impuls trafia na siatkę CFBG, na której ulega kompresji, filtracji spektralnej i odbiciu, co rozpoczyna kolejny obieg impulsu przez wnękę. Z powodu skończonej wartości reflaktancji siatki (12%), część promieniowania zostaje przetransmitowana przez CFBG, następnie trafia do sprzęgacza WDM i stanowi użytkowy impuls wyjściowy. Fig. 4. przedstawia eksperymentalne cha rakterystyki spektralne i czasowe zestawionego ultraszybkiego lasera światłowodowego. Oscylator generuje impulsy o czasie trwania 5,5 ps, które mogą zostać skompresowane do 330 fs. Średnia moc 13,95 mW i częstotliwość repetycji 10,865 MHz odpowiadają energii impulsu równej 1,28 nJ.
Warto nadmienić, że wspomniany dodatkowy pasmowo-przepustowy filtr spektralny jest elementem opcjonalnym i jego zastosowanie wynika z niedopasowania charakterystyki spektralnej filtracji wykorzystywanej siatki. Korzystnie, filtracja spektralna zastosowanej siatki CFBG może być wystarczająca do uzyskania reżimu solitonów dyssypacyjnych [M. Yu, Z. Cheng, C. Hong, Y. Shi, Z. Peng, M. Wang, and P. Wang. Numerical modeling and experimental investigation of ultrafast pulses generation from all-polarization-maintaining dispersion-managed nonlinear polarization evolution Yb-doped fiber laser. Opt. Express, 28(22):32764-32776, Oct 2020; M. Pielach, J. Szczepanek, K. Krupa, and Y. Stepanenko. Studying the operation of an all-PM Yb-doped fiber laser oscillator at negative and positive net cavity dispersion. arXiv, https://arxiv.org/abs/2201.03870, 2022].

Claims (10)

1. Oscylator laserowy o quasi-liniowej konfiguracji wnęki, wytwarzający ultrakrótkie impulsy, zawierający ośrodek wzmacniający w postaci światłowodu domieszkowanego jonami pierwiastków ziem rzadkich (DF), który jest pompowany optycznie poprzez sprzęgacz pompy (WDM) z wykorzystaniem diody laserowej (LD) o długości fali dostosowanej do krzywej absorpcji ośrodka wzmacniającego, środek do zawracana impulsu oraz port wyjściowy (OUT), znamienny tym, że ponadto zawiera optyczny cyrkulator (CIR) integrujący liniową część wnęki z fragmentem pętlowym oraz nieliniowe optyczne zwierciadło pętlowe (NOLM), gwarantujące pracę impulsową poprzez pasywną synchronizację modów, obejmujące sprzęgacz światłowodowy (FC) i jest zbudowany całkowicie ze światłowodów i komponentów światłowodowych, korzystnie ze światłowodów utrzymujących stan polaryzacji PM.
2. Oscylator według zastrz. 1, znamienny tym, że ośrodek wzmacniający w postaci światłowodu jest domieszkowany jonami neodymu i/lub erbu i/lub iterbu.
3. Oscylator według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że ośrodek wzmacniający w postaci światłowodu jest umieszczony w liniowym fragmencie wnęki.
4. Oscylator według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że zawiera środki do zawracania impulsu umożliwiające stworzenie liniowego fragmentu wnęki.
5. Oscylator według zastrz. 4, znamienny tym, że środkiem do zawracania impulsu jest światłowodowa siatka Bragga (FBG), korzystnie światłowodowa siatka Bragga o zmiennym okresie (CFBG), lub liniowe światłowodowe zwierciadło pętlowe.
6. Oscylator według któregokolwiek z zastrz. 1-5, znamienny tym, że zawiera element pełniący rolę filtra spektralnego, korzystnie jest to światłowodowa siatka Bragga, lub dodatkowy pasmowo-przepustowy filtr spektralny, dostosowany parametrami do centralnej długości fali generowanego przez laser promieniowania.
7. Oscylator według któregokolwiek z zastrz. 1-6, znamienny tym, że zawiera port wyjściowy (OUT), korzystnie stworzony przez umieszczony poza wnęką sprzęgacz pompy (WDM), lub sprzęgacz światłowodowy (FC), lub światłowodową siatkę Bragga.
8. Oscylator według któregokolwiek z zastrz. 1-7, znamienny tym, że nieliniowe optyczne zwierciadło pętlowe (NOLM), pełniące rolę nasycalnego absorbera, obejmuje sprzęgacz światłowodowy (FC), zawierający co najmniej 2 porty wejściowe i co najmniej 2 porty wyjściowe, w którym pętla zapewnia możliwość interferencji między dwoma wiązkami o różnej mocy szczytowej.
9. Oscylator według któregokolwiek z zastrz. 1-8, znamienny tym, że optyczny cyrkulator (CIR) integruje nieliniowe optyczne zwierciadło pętlowe (NOLM) z liniowym fragmentem wnęki, blokując promieniowanie odbite od NOLM i transmitując promieniowanie przetransmitowane przez NOLM.
10. Zastosowanie oscylatora laserowego o quasi-liniowej konfiguracji wnęki zdefiniowanego w którymkolwiek z zastrz. 1-9 do generowania ultrakrótkich impulsów.
PL441102A 2022-05-05 2022-05-05 Quasi-liniowy całkowicie światłowodowy oscylator laserowy generujący ultrakrótkie impulsy oraz jego zastosowanie PL248876B1 (pl)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL441102A PL248876B1 (pl) 2022-05-05 2022-05-05 Quasi-liniowy całkowicie światłowodowy oscylator laserowy generujący ultrakrótkie impulsy oraz jego zastosowanie
EP22187806.9A EP4274037B1 (en) 2022-05-05 2022-07-29 All-fiber laser oscillator generating ultrashort pulses and its applications

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL441102A PL248876B1 (pl) 2022-05-05 2022-05-05 Quasi-liniowy całkowicie światłowodowy oscylator laserowy generujący ultrakrótkie impulsy oraz jego zastosowanie

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL441102A1 PL441102A1 (pl) 2023-11-06
PL248876B1 true PL248876B1 (pl) 2026-02-09

Family

ID=88208320

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL441102A PL248876B1 (pl) 2022-05-05 2022-05-05 Quasi-liniowy całkowicie światłowodowy oscylator laserowy generujący ultrakrótkie impulsy oraz jego zastosowanie

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4274037B1 (pl)
PL (1) PL248876B1 (pl)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2326998B (en) * 1997-07-03 1999-09-15 Samsung Electronics Co Ltd Optical fiber amplifier with enhanced amplification gain of small signal

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1720223A1 (en) 2005-05-07 2006-11-08 Aarhus Universitet Environmentally stable self-starting mode-locked waveguide laser and a method of generating mode-locked laser pulses
LT6261B (lt) 2014-08-06 2016-04-11 Valstybinis mokslinių tyrimų institutas Fizinių ir technologijos mokslų centras Ultratrumpųjų šviesos impulsų generavimo būdas ir generatorius
PL235842B1 (pl) 2016-09-26 2020-11-02 Inst Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk Nasycalny absorber i sposób synchronizacji modów w laserze
CN208461198U (zh) * 2017-11-20 2019-02-01 北京工业大学 一种级联泵浦的基于非线性光学环形镜的全光纤线偏振锁模激光器

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2326998B (en) * 1997-07-03 1999-09-15 Samsung Electronics Co Ltd Optical fiber amplifier with enhanced amplification gain of small signal

Also Published As

Publication number Publication date
EP4274037A1 (en) 2023-11-08
PL441102A1 (pl) 2023-11-06
EP4274037B1 (en) 2026-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hartl et al. Ultra-compact dispersion compensated femtosecond fiber oscillators and amplifiers
US7436862B2 (en) Self-similar laser oscillator
US10859888B2 (en) System for generating brief or ultra-brief light pulses
CA2978360C (en) Passive mode-locked laser system and method for generation of long pulses
CN114899688B (zh) 一种偏振复用双光频梳的产生装置及产生方法
Zhang et al. Generation of pure sinusoidal continuous wave from dual-wavelength neodymium-doped all-fiber laser using bismuth-doped fiber as a filter
Liu et al. Wavelength-tunable burst-mode pulse with controllable pulse numbers and pulse intervals
Jaimes-Reátegui et al. Generation of giant periodic pulses in the array of erbium-doped fiber lasers by controlling multistability
Xu et al. All-polarization maintaining fiber laser and pulse compressor
PL248876B1 (pl) Quasi-liniowy całkowicie światłowodowy oscylator laserowy generujący ultrakrótkie impulsy oraz jego zastosowanie
Kharenko et al. All-fiber highly chirped dissipative soliton oscillator and its scaling
Hoogland et al. Novel robust 2-μm all-PM Thulium/Holmium based femtosecond fiber laser oscillator
US8867576B2 (en) Generator and laser system comprising coupled sub-cavities
Lin et al. Generation and dynamics of special mode-locked pulses in an ultrafast Er-doped fiber laser with SMF-GIMF-SMF saturable absorber
Ma et al. Compact, alignment-free, environmentally stable dispersion compensated femtosecond Yb-fiber oscillator
EP4210183B1 (en) Device for the generation of laser pulses of the order of the nanosecond that are compressible to ultrashort pulses of the order of one hundred femtoseconds
US20200295521A1 (en) All Polarization-Maintaining, Passively Mode-Locked Linear Fiber Laser Oscillator
CN211377171U (zh) 基于双波长光纤布拉格光栅的被动锁模光纤激光器
Nikodem et al. Actively mode-locked fiber laser using acousto-optic modulator
Michalska et al. Ultrafast Thulium-doped Fiber Laser with Nonlinear Optical Loop Mirror
Hodasi Femtosecond Similariton Pulse Generation from an All-Fiber Erbium Doped Fiber Laser
Wang et al. Stable SESAM-mode-locked Yb fiber laser in the similariton regime
Nishiura et al. Dual-bandpass filter for self-starting mode-locking in All-PM NALM-based fiber laser
Wahl et al. High-energy Fiber-delivered Ultrashort Pulses on Demand
Muhammad et al. Design Optimization of Fiber Laser for Generation of Femtosecond Optical Pulses