RU225571U1 - Кольцевой волоконный генератор последовательностей субпикосекундных импульсов с управляемой частотой следования - Google Patents
Кольцевой волоконный генератор последовательностей субпикосекундных импульсов с управляемой частотой следования Download PDFInfo
- Publication number
- RU225571U1 RU225571U1 RU2023131130U RU2023131130U RU225571U1 RU 225571 U1 RU225571 U1 RU 225571U1 RU 2023131130 U RU2023131130 U RU 2023131130U RU 2023131130 U RU2023131130 U RU 2023131130U RU 225571 U1 RU225571 U1 RU 225571U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- repetition rate
- ring
- control unit
- photonic crystal
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 title claims abstract description 5
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к области оптики и лазерной физики, в частности, к получению оптических импульсов с управляемой частотой следования. Кольцевой волоконный генератор последовательностей субпикосекундных импульсов с управляемой частотой следования включает в себя источник излучения, блок управления, кольцевой волоконный резонатор, состоящий из активного фотонного кристалла, помещенного в блок контроля температуры, одномодового волокна, оптического ответвителя, изолятора и последовательно соединенный с кольцевым резонатором каскад волоконных световодов. Отличается тем, что с помощью блока контроля температуры возможно осуществить перестройку температурного режима, влияющего на спектральные характеристики активного фотонного кристалла и, как следствие, на частоту следования выходных сигналов. Предлагаемая модель кольцевого волоконного генератора с активной фотонно-кристаллической структурой с модулированным показателем преломления при изменении рабочей температуры от 0 до 465 К позволяет достичь перестройки частоты следования сигналов в широком диапазоне от 0,287 ТГц до 0,359 ТГц.
Description
Полезная модель относится к области оптики и лазерной физики. В частности, к получению оптических импульсов с управляемой частотой следования.
Исследования и разработки волоконных высокочастотных лазерных систем, позволяющих получать последовательности ультракоротких импульсов (УКИ) с частотой следования несколько десятков ГГц, представляют большой интерес для многих технических приложений в качестве широкополосных гребенчатых генераторов оптических частот. Сфера приложений лазерных генераторов гребенчатого спектра крайне широка. В нее входит применения в задачах оптической связи, спектроскопии, метрологии, микроволновой фотоники и т.д. [Kippenberg T.J., Holzwarth R., Diddams S.A. Science, 332, 6029 (2011)]. С практической точки зрения наиболее привлекательными источниками для генерации гребенки частот являются волоконные солитонные лазеры с гармонической синхронизацией мод. Подобные лазерные комплексы сочетают в себе ряд таких важных свойств как компактность, надежность, низкая стоимость и удобство вывода излучения из системы. Однако, в настоящее время частота следования генерируемых импульсов находится в гигагерцовом диапазоне частот. Разработка волоконных устройств, характеризующихся повышеннымзначением частоты следования сигналов, является крайне актуальной задачей.
Известна модель волоконного кольцевого лазера сверхкоротких импульсов [RU патент № 139786 U1, Кобцев С.М., Смирнов С.В., Хрипунов С.А., Раднатаров Д.А., Иваненко А.В.], включающего источник накачки и волоконный кольцевой резонатор с пассивной синхронизацией мод за счёт эффекта нелинейной эволюции поляризации, состоящий из волоконного модуля спектрального сведения, вход накачки которого соединен с источником накачки, сигнальный вход соединён с выходом поляризационно независимого оптического изолятора, а выход модуля спектрального сведения соединён с концом активного волокна. Другой конец активного волокна соединён с концом волоконного элемента фазовой задержки. Другой конец волоконного элемента фазовой задержки соединён со входом волоконного ответвителя с поддержкой поляризации для вывода поляризованного излучения лазера из резонатора через выход волоконного ответвителя. Второй выход волоконного ответвителя соединён со входом поляризационно независимого оптического изолятора. Отличается тем, что волоконный элемент фазовой задержки представляет собой отрезок оптического волокна длиной не менее 11 м, уложенный в виде витков со скруткой и изгибами, обеспечивающими необходимый режим синхронизации мод, и надёжно фиксированный системой механической фиксации вместе с оптическими элементами лазерного резонатора.
Известна модель волоконного лазера [RU патент № 150403U1, Кобцев С.М., Иваненко А.В.], содержащего источник излучения накачки и кольцевой резонатор, состоящий из волоконного модуля спектрального сведения, соединённого одним концом с источником излучения накачки, а двумя другими концами - с активным волокном и волоконным ответвителем, волоконного циркулятора, имеющего входной, промежуточный и выходной порты и обеспечивающего однонаправленный режим генерации излучения, соединенный через входной и выходной порты с активным волокном и волоконным ответвителем. На выходе промежуточного порта волоконного циркулятора установлено устройство, обеспечивающее режим синхронизации мод и способное к обратному отражению света. Отличается тем, что все волоконные элементы кольцевого резонатора являются поляризационно-зависимыми.
Недостатки указанных моделей:
1) Невозможность повышения частоты следования сигналов до субтерагерцовых значений.
2) Невозможность управления частотой следования в режиме генерации в широких пределах.
Устранить указанные недостатки позволяет предлагаемая полезная модель.
Цель полезной модели: разработать оптическую систему для генерации последовательностей субпикосекундных импульсов с управляемой частотой следования, лежащей в терагерцовом диапазоне.
Технический результат: разработка модели кольцевого волоконного генератора, главным элементом которого является активный фотонный кристалл с перестраиваемыми спектральными характеристиками.
Технический результат достигается за счет настройки температурного режима, который определяет функцию пропускания активной фотонно-кристаллической структуры, влияющей на частоту следования выходных сигналов.
Предлагаемая модель состоит из следующих конструктивных элементов:
1 - источник оптического излучения;
2 – изолятор;
3 - активный фотонный кристалл;
4- устройство контроля температуры;
5- одномодовое волокно;
6 - оптический ответвитель;
7- волоконный каскад;
8 - блок управления.
Излучение в систему подается от оптического источника 1. Основной частью модели является кольцевой резонатор, состоящий из изолятора 2, обеспечивающего однонаправленное распространение сигнала в резонаторе, активной фотонно-кристаллической (ФК) структуры 3, помещенной в блок контроля температуры 4, сегмента стандартного одномодового волокна 5, и выходного ответвителя 6 (фиг. 1). Кольцевой резонатор через ответвитель 6 последовательно соединен с волоконным каскадом 7. С помощью блока управления 8 реализуется контроль над элементами 1 и 4.
Ключевым элементом кольцевой лазерной схемы является активная ФК структура 3 с модулированным показателем преломления (ПП) , где - средний ПП, - период изменения ПП, z - продольная координата. В качестве примера таких структур на практике могут выступать брэгговские решетки, вписанные в сердцевину волокна, легированную ионами Er, Yb или T. Указанные периодические структуры имеют продольные размеры от 0.1 до 50 мм. Методика их изготовления достаточно хорошо отработана [Wolf A., Dostovalov A., Skvortsov M., Raspopin K., Parygin A., Babin S. Opt. & Laser Tech., 101, 202 (2018)]. Для стандартных одномодовых волокон глубина модуляции ПП может варьироваться в широких пределах . При малой глубине модуляции коэффициент пропускания для такой структуры определяется стандартным выражением [Yariv A. Quantum electronics (New York: Wiley, 1975)]:
. (1)
В соотношении (1) параметр определяется коэффициентом связи прямой и обратной волн и отстройкой от фазового синхронизма в активной ФК структуре , где - центральная длина волны, инкремент усиления ФК структуры учитывает ограниченность ширины линии усиления и эффекты насыщения. Типичный спектр пропускания активной ФК структуры характеризуется ярко выраженной запрещенной зоной, ширина которой определяется глубиной модуляции . Величина параметра модуляции при этом зависит от режима работы фемтосекундного лазера при записи решетки в волокно. Основным параметром структуры ФК является ширина запрещенной зоны, которая определяет частоту повторения импульсов и максимальный шаг гребенки частот.
Зависимость эффективного ПП активной фотонной структуры от температуры определяется как [M. Reid, M. Ozcan. Temperature dependence of fiber optic Bragg gratings at low temperatures. Opt. Eng. 37(1) 237–240 (January 1998)] и может быть реализована с помощью элемента 4: .
Выбранная ФК структура состоит из диэлектрических слоев, средний ПП которых составляет . В диапазоне температур от 0 до 465 К возможна вариация на величину вплоть до значения .
Стандартное одномодовое волокно 5 используется в резонаторе в качестве нелинейной диспергирующей среды для проявления нелинейных эффектов, приводящих к формированию последовательностей УКИ. Через оптический ответвитель выводится ~10 процентов мощности на каждом из проходов излучения по резонатору. На выходе из кольцевого резонатора излучение характеризуется сильной фазовой и относительно малой амплитудной модуляцией.
Дальнейшая временная компрессия образующейся в кольцевом резонаторе последовательности импульсов осуществляется в волоконном каскаде. Для этого выход кольцевого генератора соединяется с дополнительным активным каскадом, состоящим из усилителя и пассивного световода. Во временном представлении сигнал на выходе из каскада 8 представляет собой последовательность мощных ультракоротких импульсов (УКИ) - фиг. 2, частота следования которых определяется параметрами ФК структуры, зависящими от внешней температуры. Форма генерируемых импульсов при увеличении температуры незначительно изменяется. Длительность отдельного импульса составляет менее 1 пикосекунды. Пиковая мощность при этом возрастает более чем на три порядка по сравнению с пиковой мощностью, выдаваемой мастер-осциллятором, и составляет в зависимости от выбранных характеристик ФК. При увеличении температуры наблюдается рост эффективного ПП активной структуры.
Таким образом, поставленная цель достигнута. Показано, что при использовании кольцевого волоконного генератора с активной фотонно-кристаллической структурой с модулированным показателем преломления при изменении рабочей температуры от 0 до 465 К возможна перестройка частоты следования сигналов в широком диапазоне от 0,287 ТГц до 0,359 ТГц.
Claims (1)
- Кольцевой волоконный генератор последовательностей субпикосекундных импульсов с управляемой частотой следования, включающий в себя источник излучения, блок управления, кольцевой волоконный резонатор, состоящий из активного фотонного кристалла, помещенного в блок контроля температуры, одномодового волокна, оптического ответвителя, изолятора и последовательно соединенный с кольцевым резонатором каскад волоконных световодов, отличающийся тем, что дополнительно содержит кольцевой волоконный резонатор, состоящий из активного фотонного кристалла, помещенного в блок контроля температуры, который осуществляет изменение температурного режима от 0 до 465 К с последующей перестройкой частоты следования сигналов в широком диапазоне от 0,287 ТГц до 0,359 ТГц.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU225571U1 true RU225571U1 (ru) | 2024-04-24 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2547343C1 (ru) * | 2013-12-06 | 2015-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Техноскан-Лаб" (ООО "Техноскан-Лаб") | Импульсный волоконный лазер с варьируемой конфигурацией поддерживающего поляризацию излучения кольцевого резонатора |
EP3631917A1 (en) * | 2016-09-29 | 2020-04-08 | Nlight, Inc. | Fiber-based optical modulator |
US11239627B2 (en) * | 2018-09-30 | 2022-02-01 | Shenzhen University | Waveguide integrated optical modulator, pulsed optical frequency comb and mode-locked fiber laser |
RU218766U1 (ru) * | 2022-12-13 | 2023-06-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный университет" | Волоконный генератор последовательностей пикосекундных лазерных импульсов на основе кольцевого резонатора с активной фотонно-кристаллической вставкой |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2547343C1 (ru) * | 2013-12-06 | 2015-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Техноскан-Лаб" (ООО "Техноскан-Лаб") | Импульсный волоконный лазер с варьируемой конфигурацией поддерживающего поляризацию излучения кольцевого резонатора |
EP3631917A1 (en) * | 2016-09-29 | 2020-04-08 | Nlight, Inc. | Fiber-based optical modulator |
US11239627B2 (en) * | 2018-09-30 | 2022-02-01 | Shenzhen University | Waveguide integrated optical modulator, pulsed optical frequency comb and mode-locked fiber laser |
RU218766U1 (ru) * | 2022-12-13 | 2023-06-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный университет" | Волоконный генератор последовательностей пикосекундных лазерных импульсов на основе кольцевого резонатора с активной фотонно-кристаллической вставкой |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5363386A (en) | Optical waveguide laser | |
US6958855B2 (en) | Microstructure fiber optical parametric oscillator | |
CN109462132B (zh) | 基于正常色散平坦氮化硅光波导的平坦光频率梳产生系统 | |
Villanueva et al. | Active and passive mode-locked fiber lasers for high-speed high-resolution photonic analog-to-digital conversion | |
Zang et al. | Near unit efficiency in microresonator combs | |
CN102044827B (zh) | 基于频率牵引效应的光纤激光器 | |
CN106654835A (zh) | 多种子注入腔内差频实现多波长中红外光学参量振荡器 | |
US20210194210A1 (en) | Precision light source | |
Song et al. | Switchable and tunable dual-wavelength ultrashort pulse generation in a passively mode-locked erbium-doped fiber ring laser | |
RU225571U1 (ru) | Кольцевой волоконный генератор последовательностей субпикосекундных импульсов с управляемой частотой следования | |
CN217060716U (zh) | 相位调制和受激布里渊散射的光频率梳产生装置 | |
CN211265955U (zh) | 一种可调超高重频超短脉冲光纤激光器 | |
Huang et al. | Time-delay signature suppressed microwave chaotic signal generation based on an optoelectronic oscillator incorporating a randomly sampled fiber Bragg grating | |
Li et al. | All-optical pulse generation based on gain-induced four-wave mixing in a semiconductor optical amplifier | |
Tan et al. | A multi-wavelength Brillouin erbium fiber laser with double Brillouin frequency spacing and Q-switching characteristics | |
CN112803239A (zh) | 一种基于双光注入半导体激光器的微波频率梳产生装置 | |
RU162919U1 (ru) | Компактный кольцевой эрбиевый волоконный лазер с синхронизацией мод на основе световода с высокой нелинейностью | |
Ahmed et al. | Simultaneous mode selection and pulse compression of gain-switched pulses from a Fabry-Perot laser using a 40-mm chirped optical fiber grating | |
Mei et al. | Self Q-switched single-frequency all-fiber laser | |
CN116454716B (zh) | 一种色散管理孤子脉冲产生装置及产生方法 | |
Yen et al. | Tunable optical frequency comb generation based on a micro-ring assisted fiber laser with optical injection-locking | |
CN113488833B (zh) | 平坦光频率梳生成装置及方法 | |
Babin et al. | Random distributed feedback Raman fiber lasers | |
CN107706732B (zh) | 基于群速度匹配光子晶体光纤的主动锁模光纤激光器 | |
Ge et al. | Optical-injection-seeded optical frequency comb generation promoted by the sub-harmonic modulation |