RU183329U1 - Лазерный генератор импульсных последовательностей с возможностью управления частотой следования импульсов - Google Patents
Лазерный генератор импульсных последовательностей с возможностью управления частотой следования импульсов Download PDFInfo
- Publication number
- RU183329U1 RU183329U1 RU2017130436U RU2017130436U RU183329U1 RU 183329 U1 RU183329 U1 RU 183329U1 RU 2017130436 U RU2017130436 U RU 2017130436U RU 2017130436 U RU2017130436 U RU 2017130436U RU 183329 U1 RU183329 U1 RU 183329U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- repetition rate
- fiber
- mach
- zehnder interferometer
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 abstract description 11
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- -1 erbium ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06791—Fibre ring lasers
-
- 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
- H01S3/10053—Phase control
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области лазерной волоконной техники. Лазерный генератор импульсных последовательностей с кольцевым резонатором состоит из блока ввода накачки, волокна, легированного ионами эрбия, контроллеров поляризации, оптического изолятора, интерферометра Маха-Цендера с изменяемой разностью оптического хода между плечами и устройства вывода генерируемого излучения. Указанные элементы последовательно соединенных между собой стандартным одномодовым телекоммуникационным волокном. В лазере используется двухпроходной интерферометр Маха-Цендера, а регулировка уровня накачки осуществляется прецизионным контроллером, что позволяет точно контролировать ширину спектрального диапазона, в котором усиление превышает потери. Технический результат заключается в обеспечении возможности расширения области перестройки частоты следования импульсной последовательности, генерируемой лазерным источником, до диапазона 150 ГГц - 1 ТГц. 3 ил.
Description
Полезная модель относится к области оптики, в частности к технике волоконно-оптических лазерных генераторов импульсов с высокой частотой следования.
Лазерные источники ультракоротких импульсов с высокой частотой следования востребованы в ряде приложений современной фотоники - оптической связи, сигнальном процессинге, генерации гребенчатого спектра и т.д. Известным вариантом лазерного генератора последовательности импульсов с частотой следования до десятков ГГц, обладающим рядом потребительских преимуществ - компактностью, надежностью, высоким качеством пучка, удобным выводом излучения являются солитонные волоконные лазеры с пассивной гармонической синхронизацией мод, осуществляемой при помощи насыщающихся поглотителей [F. Amrani et al, "Passively mode-locked erbium-doped double-clad fiber laser operating at the 322nd harmonic" Opt. Lett. 34, 2120-2122 (2009)]. Однако, показано, что этот механизм синхронизации мод не является устойчивым при достаточно близких расстояниях между импульсами, т.е. для высоких частот следования 100 ГГц и более [U. Andral et al, "Toward an autosetting mode-locked fiber laser cavity" J. Opt. Soc. Am. B33, 825-833 (2016)]. Известна также конструкция лазерного генератора, основанного на эффекте диссипативного четырехволнового смешивания, суть которого в том, что среди множества продольных мод резонатора, необходимо выделить только 2 моды, симметричных относительно максимума усиления, у которых усиление превышает потери. Ключевым элементом подобной схемы является высокодобротный фильтр, обеспечивающий выбор основных мод в области положительного усиления, например, связанный с волокном микрорезонатор [Gaeta A. et al. Parametric comb generation via nonlinear wave mixing in high-Q optical resonator coupled to built-in laser resonator : пат. 9490605 США. - 2016]. Недостатками схемы являются трудности в сопряжении микрорезонатора с волоконными элементами и отсутствие возможности перестройки частоты следования.
Указанных недостатков лишена известная конструкция волоконного импульсного генератора (Фиг. 1 (a)), с кольцевым резонатором, состоящим из блока ввода накачки - 1, волокна, легированного ионами эрбия - 2, контроллеров поляризации - 3, оптического изолятора - 4, устройства вывода генерируемого излучения - 5, последовательно соединенных между собой стандартным одномодовым телекоммуникационным волокном. В этом генераторе в качестве фильтра используется волоконный интерферометр Маха-Цендера (ИМЦ) - 6, с регулируемой величиной отстройки между плечами [D. Mao et al, "Flexible high-repetition-rate ultrafast fiber laser" Sci rep., 3, 3223 (2013)]. Принцип работы генератора заключается в следующем. При соответствующей настройке контроллеров поляризации, поляризация излучения в резонаторе становится линейной. Потери, возникающие вследствие нелинейного вращения поляризации, минимизируются. В этом режиме ИМЦ выделяет среди множества мод резонатора моды, отличающиеся по частоте на величину свободного спектрального диапазона (Free Spectral Range) интерферометра, , где - скорость света, - показатель преломления волокна, из которого изготовлен ИМЦ, - разность между длинами плеч интерферометра. В ходе диссипативного четырехволнового смешивания происходит согласование фаз и синхронизация выделенных мод. В результате сложения выделенных синхронизованных мод, генерируется последовательность импульсов с частотой следования, равной FSR. Перестраивая величину разности между длинами плеч интерферометра , возможно изменять частоту следования генерируемых импульсов.
Данная конструкция генератора взята за прототип. Его недостатками являются: 1) Недостаточная селективность ИМЦ для подавления множества побочных мод при высокой частоте следования, т.е большом значении FSR. Этот недостаток приводит к ограничению максимальной частоты следования значением в несколько сотен (400-500) ГГц. 2) Нестабильность генерации импульсной последовательности при частотах следования < 300 ГГц, возникающая из-за того что в спектральном диапазоне, в котором усиление превышает потери, при относительно небольшом FSR находится более двух мод ИМЦ. Указанные недостатки приводят к тому, что управление частотой следования импульсов возможно осуществлять лишь в ограниченном диапазоне. Для их устранения предложена данная полезная модель.
Основной целью данной полезной модели является увеличение диапазона перестройки частоты следования импульсной последовательности, генерируемой лазерным источником.
Техническим результатом является повышение селективности внутрирезонаторного фильтра с перестройкой частоты и точный контроль спектрального диапазона, в котором усиление превосходит потери.
Технический результат достигается за счет использования в конструкции не однопроходного, а двухпроходного ИМЦ и прецизионной регулировкой уровня накачки, обеспечивающего контроль ширины спектрального диапазона, в котором усиление превосходит потери.
Схема предлагаемой полезной модели приведена на Фиг. 1 (b), где двухпроходной ИМЦ с регулируемой величиной отстройки между плечами обозначен цифрой 7, а устройство прецизионного контроля накачки, позволяющее точно управлять уровнем накачки вблизи порога генерации, и соответственно, контролировать спектральный диапазон, в котором усиление превосходит потери, обозначено цифрой 8.
Приведенные в дальнейшем результаты получены для системы с параметрами резонатора, приведенными в Таблице 1.
Таблица 1
Система прецизионного управления уровнем накачки позволяет точно контролировать спектральную полосу преобладания усиления, в которой должны находиться только 2 моды ИМЦ. Это условие обеспечивает стабильную синхронизацию мод и генерацию регулярной импульсной последовательности. На Фиг. 2 (a) показана область стабильной генерации импульсной последовательности в зависимости от частоты следования (ось абсцисс) и мощности генерируемого излучения, определяемого уровнем накачки (ось ординат). Выделены области, соответствующие включению в резонатор стандартного однопроходного ИМЦ и двухпроходного ИМЦ. Как можно видеть, точный контроль уровня накачки позволяет получить возможность генерации при частотах следования 250 ГГц и ниже. На Фиг. 2 (б) для сравнения показаны импульсные последовательности, генерируемые лазером с однопроходным ИМЦ с частотой следования 490 ГГц (соответствует точке А на Фиг. 2 (а)), с двухпроходным ИМЦ с частотой следования 490 ГГц (соответствует точке B на Фиг. 2 (а)) и с двухпроходным ИМЦ с частотой следования 980 ГГц (соответствует точке C на Фиг. 2 (а)). Можно видеть, что использование двухпроходного ИМЦ позволяет повысить верхнюю границу частоты следования генерируемой последовательности (до ~ 1 ТГц) и увеличить мощность генерируемого излучения.
Суть происходящих процессов иллюстрирует Фиг. 3, на котором показаны спектр генерируемой импульсной последовательности, спектр линии усиления и спектр пропускания ИМЦ, соответствующие последовательностям A, B и С на Фиг. 2 (b). Также показан уровень потерь в резонаторе. На спектрах, изображенных на Фиг. 3 (а), видно, что в спектральном диапазоне преобладания усиления (там, где линия усиления выше уровня потерь) находятся только 2 спектральные линии, соответствующие максимумам пропускания ИМЦ, что обеспечивает успешную генерацию регулярной последовательности импульсов. Прецизионный контроль уровня накачки позволяет точно управлять размерами этого диапазона в области, близкой к порогу генерации, и генерировать импульсные последовательности с достаточно небольшой частотой следования, соответствующей FSR, т.е. частотному расстоянию между модами.
Для повышения мощности генерируемого излучения необходимо повышать уровень накачки, однако, при этом затрудняется фильтрация побочных мод. После превышения определенного уровня моды, находящиеся в максимуме пропускания ИМЦ, невозможно выделить. Повысить селективность возможно, используя двухпроходной ИМЦ. Эту ситуацию иллюстрирует Фиг. 3 (b), на котором показан спектр регулярной последовательности В с мощностью значительно большей, чем у последовательности A. Для ее генерации был использован двухпроходной ИМЦ.
Использование повышенной селективности двухпроходного ИМЦ (по сравнению с однопроходным ИМЦ) позволяет значительно повысить максимальную частоту следования генерируемой последовательности, что иллюстрирует Фиг. 3 (с), на котором показан спектр последовательности C частотой следования FSR=980 ГГц. Как можно видеть, уширение максимумов пропускания ИМЦ снижает его селективность, однако, качество фильтрации двухпроходного ИМЦ и прецизионная регулировка накачки в области, близкой к порогу генерации, оказываются достаточным условием для успешной генерации последовательности импульсов с частотой следования ~1ТГц.
Таким образом, поставленная цель достигнута. Показано, что использование в прототипе прецизионного контроля уровня накачки и двухпроходного ИМЦ позволяет значительно расширить диапазон перестройки частот следования генерируемых последовательностей импульсов.
Claims (1)
- Лазерный генератор импульсных последовательностей с кольцевым резонатором, состоящим из блока ввода накачки, волокна, легированного ионами эрбия, контроллеров поляризации, оптического изолятора, интерферометра Маха-Цендера с изменяемой разностью оптического хода между плечами и устройства вывода генерируемого излучения, последовательно соединенных между собой стандартным одномодовым телекоммуникационным волокном, отличающийся тем, что в нем используется двухпроходной интерферометр Маха-Цендера, а регулировка уровня накачки осуществляется прецизионным контроллером, что позволяет точно контролировать ширину спектрального диапазона, в котором усиление превышает потери.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017130436U RU183329U1 (ru) | 2017-08-28 | 2017-08-28 | Лазерный генератор импульсных последовательностей с возможностью управления частотой следования импульсов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017130436U RU183329U1 (ru) | 2017-08-28 | 2017-08-28 | Лазерный генератор импульсных последовательностей с возможностью управления частотой следования импульсов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU183329U1 true RU183329U1 (ru) | 2018-09-18 |
Family
ID=63580709
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017130436U RU183329U1 (ru) | 2017-08-28 | 2017-08-28 | Лазерный генератор импульсных последовательностей с возможностью управления частотой следования импульсов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU183329U1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5485482A (en) * | 1993-12-08 | 1996-01-16 | Selker; Mark D. | Method for design and construction of efficient, fundamental transverse mode selected, diode pumped, solid state lasers |
US6205159B1 (en) * | 1997-06-23 | 2001-03-20 | Newport Corporation | Discrete wavelength liquid crystal tuned external cavity diode laser |
US7529281B2 (en) * | 2006-07-11 | 2009-05-05 | Mobius Photonics, Inc. | Light source with precisely controlled wavelength-converted average power |
RU2564519C2 (ru) * | 2014-01-10 | 2015-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Техноскан-Лаб" | Волоконный импульсный кольцевой лазер с пассивной синхронизацией мод излучения (варианты) |
-
2017
- 2017-08-28 RU RU2017130436U patent/RU183329U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5485482A (en) * | 1993-12-08 | 1996-01-16 | Selker; Mark D. | Method for design and construction of efficient, fundamental transverse mode selected, diode pumped, solid state lasers |
US6205159B1 (en) * | 1997-06-23 | 2001-03-20 | Newport Corporation | Discrete wavelength liquid crystal tuned external cavity diode laser |
US7529281B2 (en) * | 2006-07-11 | 2009-05-05 | Mobius Photonics, Inc. | Light source with precisely controlled wavelength-converted average power |
RU2564519C2 (ru) * | 2014-01-10 | 2015-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Техноскан-Лаб" | Волоконный импульсный кольцевой лазер с пассивной синхронизацией мод излучения (варианты) |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Yichang Meng и др. "Tunable double-clad ytterbium-doped fiber laser based on adouble-pass Mach-Zehnder interferometer", Optics and Lasers in Engineering, 50 (3), март 2012, страницы 303 - 307. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9891500B1 (en) | Systems and methods for optical frequency comb generation using a microring resonator | |
CN107230927B (zh) | 基于SMF-SIMF-GIMF-SMF光纤结构的2μm锁模光纤激光器 | |
CN106229805B (zh) | 基于微环谐振腔的多倍重频速率锁模激光器 | |
CN106654829A (zh) | 一种可调谐超短脉冲光纤参量振荡器 | |
CN109787081B (zh) | 中红外超短脉冲激光光源 | |
CN106785831A (zh) | 重复频率可调掺铥锁模光纤激光器 | |
CN206498081U (zh) | 一种可调谐超短脉冲光纤参量振荡器 | |
CN104181748A (zh) | 基于光控非线性环形镜的微波脉冲信号产生装置 | |
CN108879302B (zh) | 一种基于光参量振荡的光频率梳产生器 | |
RU183329U1 (ru) | Лазерный генератор импульсных последовательностей с возможностью управления частотой следования импульсов | |
CN203839695U (zh) | 一种基于偏振控制器的2微米主动锁模光纤激光器 | |
CN203039222U (zh) | 一种偏振态稳定控制的自启动锁模光纤激光器 | |
CN103151683A (zh) | 一种偏振态稳定控制的自启动锁模光纤激光器 | |
Jiang et al. | Generating picosecond pulses with the largest number of lasing wavelengths by an all-fiber optical parametric oscillator | |
CN103178436A (zh) | 主动锁模激光器超模噪声抑制方法及装置 | |
CN103715591B (zh) | 一种基于光谱调节的光纤激光器及其实现方法 | |
Tan et al. | A multi-wavelength Brillouin erbium fiber laser with double Brillouin frequency spacing and Q-switching characteristics | |
Wang et al. | Two bands of widely tunable microwave signal photonic generation based on stimulated Brillouin scattering | |
Ghasemkhani et al. | Dissipative quartic Kerr solitons for WDM applications | |
CN203773204U (zh) | 一种基于掺铒光纤光栅自脉冲产生器 | |
RU162919U1 (ru) | Компактный кольцевой эрбиевый волоконный лазер с синхронизацией мод на основе световода с высокой нелинейностью | |
Jiang et al. | Robust and controllable generation of frequency combs in microresonators with selected sideband feedback | |
CN104733989A (zh) | 一种暗脉冲光纤激光器 | |
Begleris et al. | Cascade simulations of unidirectional fiber optical parametric oscillators | |
Xue et al. | Tunable frequency comb generation from a microring with a thermal heater |