אוטומציה של מצב נעילה בתוך לייזר סיב סיבוב קוי קיטוב באמצעות מדידות קיטוב פלט

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

כאשר לייזר הוא נעול במצב, הוא פולט רכבת של פולסים אולטרה קצר בשיעור החזרה נקבע לפי אורך חלל לייזר. מאמר זה מתאר נוהל חדש וזול לכפות נעילה במצב ב לייזר סיב סיבוב הקיטוב קוי מראש מותאם. הליך זה מבוסס על זיהוי של שינוי פתאומי מדינת קיטוב הפלט בעת נעילה במצב מתרחשת. שינוי זה משמש לפקד על היישור של בקר קיטוב תוך החלל כדי למצוא תנאי נעילה-mode. באופן ספציפי יותר, הערך של הפרמטר סטוקס הראשון משתנה כאשר הזווית של הבקר הקיטוב הוא נסחף, ויתרה מזאת, הוא עובר וריאציה באחת, כאשר הלייזר נכנס למצב נעול במצב. ניטור וריאציה פתאומית זה מספק אות קלה לזהות מעשיות שיכולים לשמש לפקד על היישור של בקר הקיטוב ולנסוע הליזר לעבר נעילה במצב. ניטור זו מושג על ידי האכלת חלק קטןשל אות מנתח קיטוב מדיד פרמטר סטוקס הראשון. שינוי פתאומי הקריא של פרמטר זה מן המנתח יתרחש כאשר הליזר נכנס למצב נעול במצב. ברגע זה, בזווית הדרושה של בקר הקיטוב שלה נשארת קבועה. היישור הושלם. הליך זה מספק דרך חלופית נהלי אוטומציה קיימות להשתמש בציוד כגון מנתח ספקטרום אופטי, מנתח ספקטרום RF, פוטודיודה מחובר דופק ללא מרשם אלקטרוני או ערכת גילוי קוית המבוססת על ספיגת שני פוטונים או דור הרמוני שני. היא מתאימה למצב לייזרים נעול על ידי סיבוב הקיטוב קוי. זה יחסית קל ליישם, זה דורש אמצעי זול, במיוחד באורך גל של 1550 ננומטר, והיא מפחיתה את עלויות הייצור והתפעול שנגרמו בהשוואה לטכניקות הנ"ל.

Introduction

מטרת מאמר זה היא להציג הליך יישור אוטומציה לקבל נעילה במצב (ML) ב לייזרי סיבים סיבוב הקיטוב קוי. הליך זה מבוסס על שני צעדים חיוניים: גילוי משטר ML ידי מדידת הקיטוב של אות המוצא של הליזר ולאחר מכן הקים מערכת בקרה עצמית מהתחילה ועד להגיע ML.

לייזרי סיבים הפכו לכלי חשוב אופטיקה בימינו. הם מהווים מקור יעיל של אור קוהרנטי האינפרה-אדום קרוב והם נמצאים כעת הרחיבו לתוך חלק אמצע אינפרא האדום של הספקטרום האלקטרומגנטי. העלות והקלה שימוש הנמוך שלהם עשו להם חלופה אטרקטיבית למקורות אחרים של אור קוהרנטי כגון לייזרים של מצב מוצק. לייזרי סיבים גם יכולים לספק פולסים אולטרה קצרים (100 fsec או פחות) כאשר מנגנון ML מוכנס בתוך חלל הסיבים. ישנן דרכים רבות לעצב מנגנון ML זה כגון מראות לולאה קוי ובולמי saturable. אחד מהם, ו בשימוש נרחבאו בפשטותו, מבוססת על סיבוב קיטוב קוי (NPR) של האות ^1,2. היא משתמשת עובדת אליפסת הקיטוב של האות עוברת מידתית סיבוב עוצמתו בעת התנועה בסיבית של חלל הליזר. על ידי החדרה מקטב בחלל, זה NPR מוביל להפסדים תלויים עוצמים במהלך הלוך ושוב של האות.

הלייזר יכול אז ייאלץ ML ידי שליטה על מצב הקיטוב. ביעילות, מנות ההספק הגבוה של האות תהיינה נתונות להנמיך הפסדים (איור 1) וזה יוביל בסופו של דבר להיווצרות של פולסים אולטרה קצרים של אור כאשר הליזר הופעל ומתחיל מ אות רועשת צריכת חשמל נמוכה. עם זאת, החיסרון של שיטה זו הוא כי מבקר המדינה הקיטוב (PSC) חייב להיות מתואם כראוי כדי לקבל ML. בדרך כלל, מפעיל מוצא את ML ידנית על ידי שינוי המיקום של PSC וניתוח אות המוצא של הלייזר עם p מהרhotodiode, מנתח ספקטרום אופטי או אוטומטי קורלטור אופטית לא לינארית. ברגע פליטת פולסים מזוהה, המפעיל מפסיק שינוי המיקום של PSC מאז הלייזר הוא ML. ברור מקבל את לייזר-ההתחלה עצמית מובילה אוטומטית רווח חשוב יעילות. הדבר נכון במיוחד כאשר הליזר כפוף הפרעות שינוי היישור או תצורת החלל מאז המפעיל צריך לעבור את הליך היישור שוב ושוב. בעשור האחרון, שיטות שונות הוצעו על מנת להשיג אוטומציה זה. Hellwig et al. ³ השתמשו squeezers פייזו אלקטריים לשלוט הקיטוב בשילוב עם ניתוח מלא של המדינה הקיטוב של האות עם polarimeter כל סיב חטיבת-של-משרעת לזהות ML. Radnarotov et al. ⁴ בשימוש PSCs צלחת גביש נוזלי עם ניתוח מבוסס על הספקטרום RF לזהות ML. Et שן al. ⁵ בשימוש squeezers פייזו אלקטרייםלשלוט קיטוב ומערכת דלפק פוטודיודה / במהירות גבוהה כדי לזהות ML. לאחרונה, באסטרטגיה המבוססת על אלגוריתם אבולוציוני הוצג שבו זיהוי מסופק על ידי פוטודיודה ברוחב פס גבוה בשילוב עם autocorrelator מסדר שני intensimetric ו מנתח הספקטרום האופטי. השליטה מתבצעת אז עם שני PSCs מונע אלקטרוני בתוך החלל ^6.

מאמר זה מתאר דרך חדשנית לגילוי ML ויישומו טכניקה אוטומציה לאלץ את סיב לייזר כדי ML. הגילוי של ML של הלייזר מושגת על ידי ניתוח האופן שבו המדינה קיטוב הפלט של האות משתנה כמו הזווית של PSC הוא נסחף. כפי שיפורט להלן, גם מעבר ML קשור שינוי פתאומי מדינת הקיטוב לזיהוי על ידי מדידה אחד הפרמטרים סטוקס של אות המוצא. העובדה דופקת הוא אינטנסיבי יותר מאשר אות CW ו יעבור exp NPR חשוב יותרlains השינוי הזה. מאז הפלט של הליזר ממוקם שערב המקטב בחלל, מדינת הקיטוב של דופק במיקום זה שונה ממדינת הקיטוב של אות CW (איור 2) ותשמש להיפלות מדינת ML. היבטים תיאורטיים של הליך זה והיישום הניסיוני הראשון שלה הוצגו אוליבייה et al. ^7. במאמר זה, הדגש יהיה על ההיבטים הטכניים של ההליך, מגבלותיו ויתרונותיו.

טכניקה זו היא פשוטה יחסית ליישם ואינו דורש מכשירי מדידה מתוחכמים כדי לזהות את המדינה ML ולמכן את היישור של לייזר כדי לקבל ML. PSC מתכווננת חיצונית באמצעות ממשק לתכנות נדרש. PSCs שונים יכול לשמש באופן עקרוני: squeezers פייזו-חשמליים, גביש נוזלי, גל-צלחות לסובב על ידי מנוע, גבישים אופטיים מגנטו או o PSC מבוסס כל סיב ממונעn סחיט שסובב הסיבים ^8. במאמר זה, האחרון משמש, גידול PSC יאו-סוג ממונע כל סיב. כדי לזהות את מדינת קיטוב polarimeter המסחרי יקר ניתן להשתמש. עם זאת, מאז רק את הערך של פרמטר סטוקס הראשון נדרש, קרן splitter קיטוב בשילוב עם שתי פוטודיודות יספיק כפי שמוצג במאמר זה.

כל המרכיבים הללו הם זולים עבור לייזרי סיבים ארביום מסוממים בשימוש נרחב. לולאת משוב המבוססת על הליך זה יכול למצוא ML בעוד כמה דקות. זמן תגובה זו מתאים עבור מרבית היישומים של לייזרי סיבים ו ניתן להשוות את הטכניקות הקיימות האחרות. למעשה, זמן התגובה הוא מוגבל על ידי האלקטרוניקה להשתמש כדי לנתח את הקיטוב של האות. לבסוף, למרות הנוהל מוחל כאן לייזר סיב similariton ⁹ מסוממים ארביום, זה יכול לשמש לכל סיב לייזר מבוסס NPR בהקדם הציוד הנ"ל או equivalen שלהt הופך להיות זמין על הגל של עניין.

Protocol

1. הגדרת לייזר סיב ML סיבים כולל PSC ממונע אסוף את הרכיבים הבאים: סיב במצב יחיד מסומם ארביום, מרבב חלוקת אורך גל 980 / 1,550 ננומטר (WDM), מרכיב היברידי מבודד 980 / 1,550 ננומטר WDM-1,550 ננומטר, מצמד סיבים 50/50, מקטב סיבים, PSC ממונע, שתי דיודו…

Representative Results

לייזרי סיבים במצב נעול NPR ידועים לספק מגוון רחב של משטרים פועמים כגון פולסים הממותג Q 10, קטניות ML קוהרנטית, קטניות כמו רעש, מצבים קשורים של פולסים ML, הרמוני ML ומבנים מורכבים של אינטראקצית ML פולסים 11. בשנת הליזר שתואר כאן, אחרי השבירה הכפולה …

Discussion

הוכח כי אפשר להפוך את ML של לייזרי טבעת סיבי NPR באמצעות לולאת משוב מבוססת על מדידות קיטוב פלט. כדי לממש משימה זו חשוב להכניס PSC מתכווננת בחלל. מצמד הפלט של החלל חייב להיות ממוקם ממש לפני המקטב כדי לראות הבדל בין מדינת הקיטוב של אות CW ואיתות דופקת (איור 2). השבירה ה…

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.