Automatización de modo de bloqueo de rotación en un láser de fibra no lineal de polarización a través de mediciones de polarización de salida

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

Cuando un láser es de modo bloqueado, emite un tren de pulsos ultracortos a una tasa de repetición determinada por la longitud de la cavidad láser. En este artículo se describe un procedimiento nuevo y de bajo costo para forzar el modo de bloqueo en una polarización lineal láser de fibra giro pre-ajustado. Este procedimiento se basa en la detección de un cambio repentino en el estado de polarización de salida cuando se produce el modo de bloqueo. Este cambio se usa para comandar la alineación del controlador de polarización intra-cavidad a fin de encontrar condiciones del modo de bloqueo. Más específicamente, el valor del primer parámetro Stokes varía cuando se barre el ángulo del controlador de polarización y, por otra parte, se somete a una variación brusca cuando el láser entra en el estado de modo bloqueado. Monitoreo de esta variación brusca proporciona una señal práctica fácil de detectar que se puede utilizar para ordenar la alineación del controlador de polarización y conducir el láser hacia bloqueo de modo. Esta supervisión se consigue mediante la alimentación de una pequeña partede la señal a un analizador de polarización de medición del primer parámetro Stokes. Un cambio repentino en la lectura de este parámetro desde el analizador se producirá cuando el láser entra en el estado de modo bloqueado. En este momento, el ángulo requerido del controlador de polarización se mantiene fija. La alineación se ha completado. Este procedimiento proporciona una forma alternativa a los procedimientos de Automatización existentes que utilizan equipos tales como un analizador de espectro óptico, un analizador de espectro de RF, un fotodiodo conectado a un pulso-contador electrónico o un esquema de detección no lineal basado en la absorción de dos fotones o segunda generación de armónicos. Es adecuado para el modo de láser bloqueado por rotación de la polarización no lineal. Es relativamente fácil de implementar, requiere medios baratos, especialmente a una longitud de onda de 1550 nm, y reduce los costos de producción y operación incurridos en comparación con las técnicas antes mencionadas.

Introduction

El propósito de este artículo es presentar un procedimiento de alineación para conseguir la automatización de bloqueo de modo (ML) en la polarización no lineal láseres de fibra rotación. Este procedimiento se basa en dos pasos esenciales: detectar el régimen ML mediante la medición de la polarización de la señal de salida del láser, y luego poner en marcha un sistema de control de auto-arranque para llegar a ML.

Los láseres de fibra se han convertido en una herramienta importante en la óptica de hoy en día. Son una fuente eficiente de la luz del infrarrojo cercano coherente y que ahora se extiende dentro de la porción media del infrarrojo del espectro electromagnético. Su bajo costo y facilidad de uso que han hecho una atractiva alternativa a otras fuentes de luz coherente como el láser de estado sólido. Los láseres de fibra también pueden proporcionar pulsos ultracortos (100 fs o menos) cuando se inserta un mecanismo de ML en la cavidad de la fibra. Hay muchas maneras de diseñar este mecanismo ML tales como espejos de bucle no lineales y absorbentes saturables. Una de ellas, f ampliamente utilizadoo su simplicidad, se basa en rotación de la polarización no lineal (NPR) de la señal de ^1,2. Se utiliza el hecho de que la elipse de polarización de la señal se somete a una rotación proporcional a su intensidad a medida que se propaga en las fibras de la cavidad láser. Mediante la inserción de un polarizador en la cavidad, este NPR conduce a pérdidas dependen de la intensidad durante una ida y vuelta de la señal.

El láser puede entonces ser forzado a ML mediante el control del estado de polarización. Efectivamente, las porciones de alta potencia de la señal serán sometidos a menores pérdidas (Figura 1) y esto llevará finalmente a la formación de pulsos ultracortos de luz cuando el láser se enciende y comienza a partir de una señal con ruido de baja potencia. Sin embargo, el inconveniente de este método es que el controlador de estado de polarización (PSC) debe alinearse correctamente para obtener ML. Por lo general, un operador encuentra el ML manualmente mediante la variación de la posición del PSC y el análisis de la señal de salida del láser con un rápido photodiode, un analizador de espectro óptico o un auto-correlador óptico no lineal. Tan pronto como se detecta la emisión de pulsos, el operador deja de variar la posición del PSC desde el láser es ML. Obviamente conseguir el láser para autoencendido conduce automáticamente a una ganancia importante en la eficiencia. Esto es especialmente cierto cuando el láser está sujeta a las perturbaciones que cambian la alineación o la configuración de la cavidad ya que el operador tiene que pasar por el procedimiento de alineación y otra vez. En la última década, se han propuesto diferentes métodos para lograr esta automatización. Hellwig y col. ³ utilizadas exprimidores piezoeléctricos para controlar la polarización en combinación con un análisis completo del estado de polarización de la señal con un polarímetro totalmente de fibra óptica de división de amplitud para detectar ML. Radnarotov et al. ⁴ utilizadas PSC placa de cristal líquido con un análisis basado en el espectro de RF para detectar ML. Shen et al. ⁵ utilizadas exprimidores piezoeléctricospara controlar la polarización y un sistema contador de fotodiodo / de alta velocidad para detectar ML. Más recientemente, se presentó una estrategia basada en un algoritmo evolutivo en el que la detección es proporcionada por un fotodiodo de gran ancho de banda en combinación con un autocorrelador de segundo orden intensimetric y un analizador de espectro óptico. El control se realiza a continuación, con dos PSCs accionados electrónicamente dentro de la cavidad ^6.

En este artículo se describe una forma innovadora de detección de lavado de dinero y su aplicación a una técnica de automatización obligando al láser de fibra de ML. La detección de ML del láser se consigue mediante el análisis de cómo el estado de polarización de salida de la señal varía como se barre el ángulo de la PSC. Como se mostrará, la transición a ML se asocia con un cambio repentino en el estado de polarización detectable mediante la medición de uno de los parámetros de Stokes de la señal de salida. El hecho de que un pulso es más intenso que una señal de CW y se someterá a un exp NPR más importanteLains este cambio. Puesto que la salida del láser se encuentra inmediatamente antes de la polarizador en la cavidad, el estado de polarización de un pulso en este lugar es diferente del estado de polarización de una señal de CW (figura 2) y se utiliza para discriminar el estado ML. Aspectos teóricos de este procedimiento y su primera aplicación experimental se presentan en Olivier et al. ^7. En este artículo, se hará hincapié en los aspectos técnicos del procedimiento, sus limitaciones y sus ventajas.

Esta técnica es relativamente simple de implementar y no requiere instrumentos de medición sofisticados para detectar el estado de ML y automatizar la alineación del láser para conseguir ML. Se necesita un PSC ajustable desde el exterior a través de una interfaz programable. Diferentes PSCs podrían utilizarse en principio: exprimidores piezoeléctricos, de cristal líquido, onda placas girar por un motor, cristales magneto-ópticos o una motorizado o totalmente de fibra óptica basado PSCn apretando y girando la fibra ^8. En este artículo, se utiliza este último, una motorizada totalmente de fibra óptica de tipo Yao PSC. Para detectar el estado de polarización un costoso polarímetro comercial se puede utilizar. Sin embargo, puesto que se requiere sólo el valor del primer parámetro Stokes, un divisor de haz polarizante en combinación con dos fotodiodos será suficiente, como se muestra en este artículo.

Todos estos componentes son de bajo costo para los láseres de fibra dopada con erbio ampliamente usados. Un circuito de retroalimentación basado en este procedimiento puede encontrar ML en unos pocos minutos. Este tiempo de respuesta es adecuado para la mayoría de aplicaciones de los láseres de fibra y es comparable a las otras técnicas existentes. De hecho, el tiempo de respuesta está limitado por la electrónica que se utilizan para analizar la polarización de la señal. Por último, aunque el procedimiento se aplica aquí para un láser de fibra dopada con erbio similariton ^9, que podría ser utilizado para cualquier láser de fibra basado NPR tan pronto como el equipo mencionado anteriormente o sus equivalenciadett se convierte en disponible en la longitud de onda de interés.

Protocol

1. Configuración de un láser de fibra ML Fibra La inclusión de una PSC motorizado Reunir los siguientes componentes: una fibra dopada con erbio de modo único, un 980 / 1.550 nm de longitud de onda división multiplexor (WDM), una WDM-1550 nm aislador componente híbrido 980 / 1.550 nm, un acoplador 50/50 de fibra, un polarizador fibra, un PSC motorizado, dos diodos de bombeo láser 980 nm, un acoplador de fibra de 99/1 y un PSC en línea manual. Cortar la fibra dopada con erbio y todos los demá…

Representative Results

NPR láseres de fibra de modo bloqueado se sabe que proporcionan una gran variedad de regímenes pulsantes, tales como pulsos de conmutación de Q 10, legumbres ML coherentes, legumbres similares al ruido, los estados unidos de pulsos ml, armónica ML y estructuras complejas de interacción ML impulsos de 11. En el láser descrito aquí, después de la birrefringencia de la PSC se fijó a ser capaz de obtener ML, la potencia de la bomba se ajusta para que sea relati…

Discussion

Se ha demostrado que es posible automatizar el ML de NPR láseres anillo de fibra mediante el uso de un circuito de retroalimentación basado en mediciones de polarización de salida. Para llevar a cabo esta tarea es fundamental para insertar un PSC ajustable en la cavidad. El acoplador de salida de la cavidad debe estar ubicado justo antes del polarizador con el fin de ver una diferencia entre el estado de polarización de una señal CW y una señal de impulso (Figura 2). La birrefringencia del PSC deb…

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.