Automazione della modalità di bloccaggio in una rotazione in fibra laser non lineare di polarizzazione attraverso l'uscita di polarizzazione Misure

Summary

A protocol to detect and automate mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser is presented. The detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs is used to command the alignment of an intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions.

Abstract

Quando un laser è mode-locked, emette un treno di impulsi ultracorti cadenza di ripetizione determinato dalla lunghezza della cavità laser. Questo articolo delinea una procedura nuova e poco costoso per forza di bloccaggio modalità in un laser in fibra di rotazione non lineare polarizzazione pre-regolato. Questa procedura si basa sul rilevamento di un improvviso cambiamento nello stato di polarizzazione di uscita quando si verifica bloccaggio modalità. Questa modifica è utilizzato per comandare l'allineamento del controllore di polarizzazione intra-cavità per trovare condizioni mode-locking. Più specificamente, il valore del primo parametro Stokes varia quando l'angolo del controllore di polarizzazione viene spazzata e, inoltre, subisce una brusca variazione quando il laser entra nello stato modo bloccato. Monitoraggio questa variazione brusca fornisce un segnale pratico e facile da rilevare che può essere utilizzato per comandare l'allineamento del controllore di polarizzazione e guidare il laser verso bloccaggio modalità. Tale monitoraggio viene ottenuto alimentando una piccola porzionedel segnale ad un analizzatore di polarizzazione misurare il primo parametro Stokes. Un cambiamento improvviso nella lettura di questo parametro dall'analizzatore si verifica quando il laser entra nello stato modo bloccato. In questo momento, l'angolo richiesto del controllore di polarizzazione viene mantenuto fisso. L'allineamento è completato. Questa procedura fornisce un modo alternativo per le procedure Automazione esistenti che utilizzano apparecchiature come un analizzatore di spettro ottico, un analizzatore di spettro RF, un fotodiodo collegato ad un impulso di contatore elettronico o un sistema di rilevazione non lineare sulla base di assorbimento a due fotoni o generazione di seconda armonica. È adatto per la modalità laser bloccata mediante rotazione di polarizzazione lineare. E 'relativamente facile da implementare, richiede mezzi economici, soprattutto alla lunghezza d'onda di 1550 nm, e riduce i costi di produzione e di funzionamento sostenute rispetto alle tecniche sopra menzionate.

Introduction

Lo scopo di questo articolo è quello di presentare una procedura di allineamento di automazione per ottenere bloccaggio modalità (ML) in laser a fibra di rotazione lineare di polarizzazione. Questo procedimento si basa su due fasi essenziali: rilevamento regime ML misurando la polarizzazione del segnale di uscita del laser e poi messa a punto di un sistema di controllo autoaccensione raggiungere ML.

laser a fibra sono diventati uno strumento importante in ottica giorno d'oggi. Esse costituiscono una fonte efficiente della luce vicino infrarosso coerente e ora stanno estendendo nella porzione medio infrarosso dello spettro elettromagnetico. Il loro basso costo e la facilità d'uso hanno fatto loro una valida alternativa ad altre fonti di luce coerente, come laser a stato solido. laser a fibra possono anche fornire impulsi ultracorti (100 fsec o meno) quando un meccanismo ML viene inserito nella cavità fibra. Ci sono molti modi per progettare questo meccanismo ML come specchi di loop non lineari e assorbitori saturabili. Uno di questi, f ampiamente usatoo la sua semplicità, è basato su rotazione polarizzazione lineare (NPR) del segnale ^1,2. Esso utilizza il fatto che l'ellisse polarizzazione del segnale subisce una proporzionale rotazione alla sua intensità si propaga nelle fibre della cavità laser. Inserendo un polarizzatore nella cavità, questo NPR porta a perdite di intensità-dipendente durante una andata e ritorno del segnale.

Il laser può essere costretto a ML controllando lo stato di polarizzazione. Effettivamente, le porzioni ad alta potenza del segnale saranno soggetti a minori perdite (Figura 1) e questo portare alla formazione di impulsi ultracorti di luce quando il laser è acceso e parte da un segnale rumoroso bassa potenza. Tuttavia, lo svantaggio di questo metodo è che il controllore stato di polarizzazione (PSC) deve essere correttamente allineato per ottenere ML. Di solito, un operatore trova il ML manualmente variando la posizione del CPS e l'analisi del segnale di uscita del laser con un facile photodiode, un analizzatore di spettro ottico o un ottica auto-correlatore non lineare. Non appena viene rilevato l'emissione degli impulsi, l'operatore arresta variando la posizione del CPS poiché il laser è ML. Ovviamente ricevendo il laser per auto-start porta automaticamente ad un guadagno importante in termini di efficienza. Ciò è particolarmente vero quando il laser è soggetto alle perturbazioni cambiando l'allineamento o la configurazione di cavità in quanto l'operatore deve passare attraverso la procedura di allineamento ripetutamente. Negli ultimi dieci anni, sono stati proposti diversi metodi per realizzare questa automazione. Hellwig et al. ³ utilizzati squeezers piezoelettrici per controllare la polarizzazione in combinazione con un'analisi completa dello stato di polarizzazione del segnale con una divisione del dell'ampiezza polarimetro all-fibra per rilevare ML. Radnarotov et al. ⁴ utilizzati PSC piatto a cristalli liquidi con un'analisi basata sullo spettro RF per rilevare ML. Shen et al. ⁵ usato spremi piezoelettriciper controllare la polarizzazione e / sistema di contatore ad alta velocità fotodiodo per rilevare ML. Più recentemente, una strategia basata su un algoritmo evolutivo è stato presentato in cui la rilevazione è provvisto da un fotodiodo a banda larga in combinazione con un intensimetrica autocorrelatore secondo ordine e un analizzatore di spettro ottico. Il controllo viene quindi eseguita con due PSC azionati elettronicamente all'interno della cavità ^6.

Questo articolo descrive un modo innovativo di rilevare ML e la sua applicazione di una tecnica di automazione costringendo il laser a fibra di ML. La rilevazione di ML del laser è ottenuta analizzando come lo stato dell'uscita polarizzazione del segnale varia l'angolo del PSC è spazzato. Come si vedrà, la transizione a ML è associato con un improvviso cambiamento di stato di polarizzazione rilevabile misurando uno dei parametri di Stokes del segnale di uscita. Il fatto che un impulso è più intensa di un segnale CW e subirà una più importante exp NPRLains questo cambiamento. Poiché l'uscita del laser è immediatamente posizionato prima del polarizzatore nella cavità, lo stato di polarizzazione di un impulso in questa posizione è diverso dallo stato di polarizzazione di un segnale CW (Figura 2) e verrà utilizzata per discriminare lo stato ML. Aspetti teorici di questa procedura e la sua prima applicazione sperimentale sono stati presentati a Olivier et al. ^7. In questo articolo, l'accento sarà posto sugli aspetti tecnici della procedura, i suoi limiti e dei suoi vantaggi.

Questa tecnica è relativamente semplice da implementare e non richiede sofisticati strumenti di misura per rilevare lo stato ML e automatizzare l'allineamento del laser per ottenere ML. è necessaria una PSC regolabile dall'esterno attraverso un'interfaccia programmabile. Diversi PSC possono essere usati nella linea di principio: squeezers piezoelettrici, a cristalli liquidi, onda piastre ruotato da un motore, cristalli magneto-ottico o un motore o basato PSC all-fibran spremitura e torsione della fibra ^8. In questo articolo, quest'ultimo viene utilizzato, un all-in fibra motorizzato Yao-tipo PSC. Per rilevare lo stato di polarizzazione un costoso polarimetro commerciale può essere utilizzato. Tuttavia, poiché è necessaria solo il valore del primo parametro Stokes, un divisore di fascio polarizzante in combinazione con due fotodiodi sarà sufficiente, come mostrato in questo articolo.

Tutti questi componenti sono poco costoso per i laser in fibra drogata con erbio ampiamente usati. Un circuito di retroazione sulla base di questa procedura può trovare ML in pochi minuti. Il tempo di risposta è adatta per la maggior parte delle applicazioni dei laser a fibra ed è paragonabile alle altre tecniche esistenti. Infatti, il tempo di risposta è limitato dall'elettronica di analisi della polarizzazione del segnale. Infine, anche se il procedimento è applicato qui per un laser in fibra drogata con Erbio similariton ^9, potrebbe essere utilizzata per qualsiasi laser in fibra a base NPR non appena l'apparecchiatura di cui sopra o suoi equivalent diventa disponibile alla lunghezza d'onda di interesse.

Protocol

1. Impostazione di una ML Laser Fibra Fibra Tra cui una motorizzata PSC Raccogliere i seguenti componenti: una fibra drogata con Erbio modalità singola, un 980 / 1.550 nm Wavelength Division Multiplexer (WDM), un 980 / 1.550 nm WDM-1.550 nm isolatore componente ibrido, un accoppiatore 50/50 fibra, un polarizzatore fibra, un PSC motorizzato, due 980 nm diodi laser di pompa, una fibra accoppiatore 99/1 e una linea PSC manuale. Tagliare la fibra drogata con Erbio, e tutti gli altri componenti in fibra…

Representative Results

NPR laser a fibra mode-locked sono noti per fornire una grande varietà di regimi pulsare come impulsi Q-switched 10, impulsi ML coerenti, impulsi di rumore-like, stati legati di impulsi ML, armonica ML e strutture complesse di interazione ML impulsi 11. Nel laser qui descritto, dopo la birifrangenza del PSC è stato fissato per essere in grado di ottenere ML, la potenza della pompa viene regolato a essere relativamente vicino alla soglia di singolo impulso ML. In t…

Discussion

E 'stato dimostrato che è possibile automatizzare la ML di NPR laser ad anello fibra utilizzando un ciclo di feedback sulla base di misure di uscita di polarizzazione. Per realizzare questo compito è fondamentale inserire un PSC registrabile nella cavità. L'accoppiatore di uscita della cavità deve essere posizionata appena prima del polarizzatore per vedere una differenza tra lo stato di polarizzazione di un segnale CW e un segnale di impulso (Figura 2). La birifrangenza del PSC deve essere …

Materials

Bare-Fiber adaptor	Bullet	NGB-14
Drop-in polarization controller	General Photonics Corp.	Polarite PLC-006	Manual polarization controller.
DSP In-line polarimeter	General Photonics Corp.	POD-101D PolaDetect	Polarimeter with USB/serial computer connectivity.
Fiber Cleaver	Fitel	S323
FiberPort	Thorlabs Inc.	PAF-X-2-C
Fixed Fiber-to-Fiber Coupler Bench	Thorlabs Inc.	FBC-1550-APC	Any optical bench could be used. A 3-way bench would even be better.
Fusion Splicer	Fujikura	FSM-40PM
High resolution all fiber polarization controller	Giga Concept Inc.	GIG-2201-1300	All-fiber motorized polarization controller with USB computer connectivity.
InGaAs PIN PD module	Optoway	PD-1310	Pigtailed photodiode.
Instrument communication interface	National Instruments	NI MAX	It comes packaged with National Instruments drivers (NI-VISA, NI-DAQmx, etc.)
Operational amplifier	Texas Instruments	TLO81ACP
Optical Powermeter	Newport	818-IS-1 with 1835-C
Optical spectrum analyzer	Anritsu	MS9710C
Oscilloscope	Tektronix	TDS2022	Oscilloscope with GPIB computer connectivity.
Polarizing beamsplitter module	Thorlabs Inc.	PSCLB-VL-1550
Polyimide Film Tape	3M	5413	Tape to fix the components on the table without damaging the fibers.
Graphical programming language interface (GPLI)	National Instruments	LabVIEW	Interface to program in G Programming Language and communicate with laboratory instruments.
Polarimeter controlling software	General Photonics Corp.	PolaView	Comes with the polarimeter General Photonics POD-101D.