RU2816863C1 - Источник генерации разностной частоты на основе нестационарных солитонов в волоконном лазере с пассивной синхронизацией мод - Google Patents
Источник генерации разностной частоты на основе нестационарных солитонов в волоконном лазере с пассивной синхронизацией мод Download PDFInfo
- Publication number
- RU2816863C1 RU2816863C1 RU2023113649A RU2023113649A RU2816863C1 RU 2816863 C1 RU2816863 C1 RU 2816863C1 RU 2023113649 A RU2023113649 A RU 2023113649A RU 2023113649 A RU2023113649 A RU 2023113649A RU 2816863 C1 RU2816863 C1 RU 2816863C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- solitons
- passive mode
- mode locking
- stationary
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 6
- KWMNWMQPPKKDII-UHFFFAOYSA-N erbium ytterbium Chemical compound [Er].[Yb] KWMNWMQPPKKDII-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000010009 beating Methods 0.000 claims description 3
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 11
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 4
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- JLHBAYXOERKFGV-UHFFFAOYSA-N bis(4-nitrophenyl) phenyl phosphate Chemical compound C1=CC([N+](=O)[O-])=CC=C1OP(=O)(OC=1C=CC(=CC=1)[N+]([O-])=O)OC1=CC=CC=C1 JLHBAYXOERKFGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области волоконных лазеров и в частности к реализации режима пассивной синхронизации мод на основе нелинейного вращения плоскости поляризации в волоконном лазере. Источник генерации разностной частоты на основе нестационарных солитонов в волоконном лазере с пассивной синхронизацией мод включает в себя волоконный кольцевой резонатор в составе активного эрбий-иттербиевого волокна с многомодовой накачкой через сумматор в оболочку полупроводниковым лазерным диодом. Технический результат - генерация разностной частоты на основе высокочастотных пульсаций нестационарных солитонов в волоконном лазере с пассивной синхронизацией мод на основе нелинейного вращения плоскости поляризации. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области волоконных лазеров и в частности к реализации режима пассивной синхронизации мод на основе нелинейного вращения плоскости поляризации (НВПП) в волоконном лазере.
Этот режим позволяет лазеру генерировать ультракороткие импульсы с высокой стабильностью, высоким качеством луча, высокой энергией и при этом имеет большую прикладную ценность. Волоконные лазерные источники нашли свое широкое применение благодаря таким свойствам как компактность, низкая стоимость и экологическая безопасность. С развитием технологий передачи информации возрастает потребность в создании высококачественных лазерных источников, излучающих в области 3 окна прозрачности.
Импульсный режим в волоконных лазерах может быть реализован с помощью пассивной синхронизации мод. Она может быть реализована методом нелинейного вращения плоскости поляризации, петлевого зеркала с нелинейный усилением, которые генерируют импульсы за счет баланса нелинейности и дисперсии. Также могут быть использованы насыщающиеся поглотители на основе полупроводниковых (п/п) элементов SESAM и на основе различных наноматериалов.
Волоконный лазерный источник, реализованный на основе НВПП, имеет преимущества простой структуры и низкой стоимости. Техника НВПП может быть использована для генерации солитонного режима, а волоконный лазер с пассивной синхронизацией мод, с легирующим эрбиевым (Er) волокном, может быть использован для вывода солитонного импульса с гармонической синхронизацией мод в спектральной области 1500 – 1600 нм. В таких схемах можно реализовать различные типы ультракоротких и стабильных импульсов, которые находят свое применение в высокоскоростной оптической связи, лазерной микрообработке, исследованиях нелинейной оптики.
Солитоны это устойчивые, локализованные, частицеподобные физические структуры, которые формируются в результате нелинейного взаимодействия распределенных волн (физических полей). Они имеют три основных состояния: стационарное, пульсирующие и хаотические. В зависимости от параметров системы солитон может переходить из одного состояния в другое. Численный метод, основанный на кубическом уравнении Гинзбурга-Ландау со слагаемым пятого порядка (CQGLE), дает четкую физическую картину для понимания влияния параметров лазера на динамику импульса. N. Akhmediev и J. M. Soto-Crespo точно разделили области параметров устойчивого солитона и солитона различных пульсирующих состояний и определили динамику солитона от устойчивого состояния к хаосу через бифуркацию энергии с удвоением периода при конкретных параметрах CQGLE. Изменение любого параметра в CQGLE может привести к переходу из стационарного состояния в пульсирующее и затем в хаотическое. Например, при изменении параметра дисперсии D в сторону увеличения, импульс сначала переходит в состояние однопериодной пульсации, затем за счет бифуркации удвоения периода с ростом D возникают многопериодные пульсации, в конечном итоге переходящие в хаос.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является многофункциональный волоконный лазерный источник шумоподобных импульсов состоящий из задающего волоконного эрбиевого лазерного источника шумоподобных импульсов, волоконного усилителя на встречной накачке и куска нелинейного оптического волокна на кварцевой основе. Используют длинный волоконный кольцевой резонатор 190 м и многомодовую накачку. Возможна регулировка оптических характеристик задающего волоконного эрбиевого лазерного источника без изменения резонатора, а также подстройка выходного спектра суперконтинуума (RU 2773109, МПК H01S 3/067, опубл. 30.05.2022).
Недостатком известного решения является неспособность генерации разностной частоты на основе нестационарных солитонов.
Технический результат заключается в генерации разностной частоты на основе высокочастотных пульсаций нестационарных солитонов в волоконном лазере с пассивной синхронизацией мод на основе НВПП.
Сущность изобретения заключается в том, что источник генерации разностной частоты на основе нестационарных солитонов в волоконном лазере с пассивной синхронизацией мод включает в себя волоконный кольцевой резонатор в составе активного эрбий-иттербиевого волокна с многомодовой накачкой через сумматор в оболочку полупроводниковым лазерным диодом и контроллеры поляризации. Используют волоконный кольцевой резонатор, длина которого сопряжена с биением нестационарных солитонов.
На фиг. 1 представлена схема волоконного лазера с пассивной синхронизацией мод на основе НВПП; на фиг. 2 приведен оптический спектр; на фиг. 3 (а, б) приведены осциллограммы импульсов в диапазонах 0-50 нс и 0-25 нс, соответственно; на фиг. 4 приведен радиочастотный спектр.
Источник генерации разностной частоты на основе нестационарных солитонов представляет собой волоконный эрбиевый лазер с пассивной синхронизацией мод на НВПП. Конструкция волоконного лазера с пассивной синхронизацией мод на НВПП состоит из источника накачки 1 и резонатора 2 лазера. Источник накачки 1 представляет собой лазерный диод накачки (LD) с длиной волны 976 нм и максимальной выходной мощностью до 4 Вт. Регулировка мощности накачки осуществляется при помощи драйвера управления (на чертеже не указан) лазерного диода, который позволяет регулировать ток подводимый к п/п лазерному диоду. При повышении значения тока происходит увеличение оптической мощности п/п лазерного диода накачки. Резонатор включает в себя сумматор накачки 3 с сигнальной жилой (2+1)х1, активное эрбий-иттербиевое (Er/Yb) волокно с двойной оболочкой 4, первое кольцо пассивного оптического волокна 5, волоконный оптический изолятор (ISO) 6, используемый для поддержки однонаправленности излучения в резонаторе лазера, первый контроллер поляризации (КП1) 7, делитель поляризации (ДП) 8, второй контроллер поляризации (КП2) 9, бухту одномодового пассивного волокна (ОПВ) (E1AO “Оптиковолоконные системы” Саранск) 10 и второе кольцо пассивного оптического волокна 11. В качестве выхода использовался второй порт делителя поляризации 8, на который приваривался 8-градусный пигтейл 12, для предотвращения попадания в резонатор обратного отражения. Общая длина резонатора составила 310 метров.
Принцип работы заключается в следующем. В резонатор волоконного лазера вводится излучение от п/п источника накачки 1 при помощи сумматора накачки 2 с сигнальной жилой (2+1)х1. Пассивная синхронизация мод осуществляется на основе НВПП, которое обеспечивается парой контроллеров поляризации 7,9 и делителя поляризации 8. При точной настройке мощности накачки, оптимизации общей длины резонатора и положения лепестков контроллеров поляризации 7,9 обеспечивается генерация разностной частоты на основе нестационарных солитонов.
При мощности накачки диода P=1,78 Вт, температуре 27°C, длине резонатора 310 м и настройке положения лепестков контроллеров поляризации 7,9 реализуется импульсный режим работы, оптический спектр, осциллограмма сигнала выходного излучения лазера и его радиочастотный спектр которого показаны на фиг. 2, 3 и 4, соответственно. Настройка положения лепестков контроллеров поляризации 7,9 была проведена с учетом того, что вертикальная ось равна 0 отклонению, отклонение против часовой стрелки принимает отрицательные значения, а по часовой положительные значения. В таком случае 3 лепестка КП1 находятся под углами 0, -45, 60 градусов, а КП2 под углами 45, -30, -30 градусов. Полученное излучение имело центральную длина волны 1568,5 нм, ширину оптического спектра на уровне 3 дБ – 0,9 нм и среднюю выходную мощность более 18 мВт. Выходное излучение амплитудно-модулировано с частотой 319,560 МГц при полуширине не более 5 кГц.
Из полученного результата следует, что предлагаемая конструкция источника генерации разностной частоты на основе нестационарных солитонов в волоконном лазере с пассивной синхронизацией мод позволяет:
1) генерировать лазерное излучение, состоящее из совокупности нестационарных солитонов, что подтверждается оптическим спектром с центральной длиной волны 1568,5 нм, шириной оптического спектра на уровне 3 дБ – 0,9 нм;
2) биение нестационарных солитонов обеспечивает амплитудную (или частотно импульсную) модуляцию выходного излучения с частотой повторения 319,560 МГц при полуширине не более 5 кГц;
3) за счет использования многомодовой накачки повысить ресурс использования источника накачки;
4) изготовить полностью волоконный источник высокостабильного модулированного оптического излучения в безопасной для зрения спектральной области 1500 – 1600 нм.
По сравнению с известным решением разработан источник генерации разностной частоты на основе нестационарных солитонов в волоконном лазере с пассивной синхронизацией мод на основе нелинейного вращения плоскости поляризации.
Claims (1)
- Источник генерации разностной частоты на основе нестационарных солитонов в волоконном лазере с пассивной синхронизацией мод включает в себя волоконный кольцевой резонатор в составе активного эрбий-иттербиевого волокна с многомодовой накачкой через сумматор в оболочку полупроводниковым лазерным диодом и контроллеры поляризации, отличающийся тем, что используют волоконный кольцевой резонатор, длина которого сопряжена с биением нестационарных солитонов.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2816863C1 true RU2816863C1 (ru) | 2024-04-05 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7633977B2 (en) * | 2007-08-08 | 2009-12-15 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Multispectral laser with improved time division multiplexing |
| RU2690864C2 (ru) * | 2014-12-15 | 2019-06-06 | Айпиджи Фотоникс Корпорэйшн | Волоконный кольцевой генератор с пассивной синхронизацией мод |
| CN110829164A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-02-21 | 长春理工大学 | 可同时产生孤子和类噪声脉冲的全光纤超短脉冲光源 |
| RU2747724C1 (ru) * | 2020-07-23 | 2021-05-13 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Техническое Объединение "Ирэ-Полюс" | Способ устойчивой автогенерации ультракоротких лазерных импульсов в поддерживающем состояние поляризации волоконном кольцевом резонаторе и лазер на его основе |
| RU2773109C1 (ru) * | 2021-06-03 | 2022-05-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Многофункциональный волоконный лазерный источник шумоподобных импульсов |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7633977B2 (en) * | 2007-08-08 | 2009-12-15 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Multispectral laser with improved time division multiplexing |
| RU2690864C2 (ru) * | 2014-12-15 | 2019-06-06 | Айпиджи Фотоникс Корпорэйшн | Волоконный кольцевой генератор с пассивной синхронизацией мод |
| CN110829164A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-02-21 | 长春理工大学 | 可同时产生孤子和类噪声脉冲的全光纤超短脉冲光源 |
| RU2747724C1 (ru) * | 2020-07-23 | 2021-05-13 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Техническое Объединение "Ирэ-Полюс" | Способ устойчивой автогенерации ультракоротких лазерных импульсов в поддерживающем состояние поляризации волоконном кольцевом резонаторе и лазер на его основе |
| RU2773109C1 (ru) * | 2021-06-03 | 2022-05-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Многофункциональный волоконный лазерный источник шумоподобных импульсов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2161797B1 (en) | Figure eight fiber laser for ultrashort pulse generation | |
| JP3803979B2 (ja) | 環境変化に対して安定な受動型モードロック・レーザー | |
| US5414725A (en) | Harmonic partitioning of a passively mode-locked laser | |
| US9819141B2 (en) | Compact fiber short pulse laser sources | |
| US5577057A (en) | Modelocked lasers | |
| KR0160582B1 (ko) | 광섬유 레이저 | |
| KR100199031B1 (ko) | 수동형 모드록킹 광섬유 레이저 구조 | |
| Hartl et al. | Ultra-compact dispersion compensated femtosecond fiber oscillators and amplifiers | |
| Tordella et al. | High repetition rate passively Q-switched Nd3+: Cr4+ all-fibre laser | |
| CN218648325U (zh) | 一种具有产生超短脉冲的全光纤环形镜激光器 | |
| CN112542761A (zh) | 基于相位偏置的线型腔锁模光纤激光器及控制方法 | |
| Smirnov et al. | Shaping of nanosecond pulses in ytterbium fiber lasers by synchronous sine-wave pump modulation | |
| CN111834871B (zh) | 一种能量可调脉冲簇光纤激光器及调控方法 | |
| RU2816863C1 (ru) | Источник генерации разностной частоты на основе нестационарных солитонов в волоконном лазере с пассивной синхронизацией мод | |
| CN111884032A (zh) | 一种能提高飞秒脉冲重频的线性主副腔结构锁模激光器 | |
| WO2019053487A1 (en) | LASER OR STABILIZED OPTICAL AMPLIFIER AND METHOD OF STABILIZATION | |
| CN116131077A (zh) | 一种超短脉冲光纤激光器 | |
| CN103151683A (zh) | 一种偏振态稳定控制的自启动锁模光纤激光器 | |
| Qian et al. | Mode-locked figure-9 fiber laser assisted by a SESAM for improving signal-to-noise ratio and stability | |
| Ruehl et al. | Normal dispersive ultrafast fiber oscillators | |
| CN108039635B (zh) | 一种产生超短光脉冲的全光纤激光系统及方法 | |
| Suga et al. | Dispersion Management of Polarization Maintaining Er-doped Figure 9 Ultrashort Pulse Fiber Laser | |
| CN109301683B (zh) | 高能量复合腔光纤激光器及脉冲可控诱导激发的方法 | |
| Ye et al. | All-Polarization-Maintaining L-Band Fiber Ring Laser Mode-Locked by Nonlinear Polarization Rotation | |
| CN213602177U (zh) | 基于相位偏置的线型腔锁模光纤激光器 |