Automatisation du mode de verrouillage dans un Nonlinear Polarisation Rotation fibre laser par Polarisation sortie Mesures
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
Lorsqu'un laser est verrouillé en mode, il émet un train d'impulsions ultracourtes à une fréquence de répétition déterminée par la longueur de la cavité laser. Cet article décrit une procédure nouvelle et peu coûteux à forcer le mode verrouillage dans une polarisation non linéaire laser préréglée en fibre de rotation. Cette procédure est basée sur la détection d'un brusque changement de l'état de polarisation de sortie lorsque le mode de verrouillage se produit. Cette modification est utilisée pour commander l'alignement du contrôleur de polarisation intra-cavité afin de trouver des conditions de mode de verrouillage. Plus précisément, la valeur du premier paramètre de Stokes, varie lorsque l'angle du contrôleur de polarisation est balayé et, en outre, elle subit une variation brusque lorsque le laser entre dans l'état de mode verrouillé. Suivre ce brusque variation fournit un signal pratique facile à détecter qui peut être utilisé pour commander l'alignement du contrôleur de polarisation et conduire le laser vers le mode verrouillage. Cette surveillance est réalisée par l'alimentation d'une petite partiedu signal à un analyseur de polarisation de mesure du premier paramètre de Stokes. Un changement brusque de la lecture de ce paramètre à partir de l'analyseur se produit lorsque le laser entre dans l'état de mode verrouillé. A ce moment, l'angle requis du contrôleur de polarisation est maintenu fixe. L'alignement est terminé. Cette procédure fournit un autre moyen de procédures d'Automatisation existantes qui utilisent un équipement tel qu'un analyseur de spectre optique, un analyseur de spectre RF, une photodiode reliée à une impulsion compteur électronique ou un système de détection non linéaire basée sur l'absorption à deux photons ou génération de seconde harmonique. Il est adapté pour le mode verrouillé par une rotation de polarisation non linéaire des lasers. Il est relativement facile à mettre en œuvre, elle nécessite des moyens peu coûteux, surtout à une longueur d'onde de 1550 nm, et il réduit la production et les coûts d'opération engagés par rapport aux techniques mentionnées ci-dessus.
Introduction
Le but de cet article est de présenter une procédure d'alignement d'automatisation pour obtenir le verrouillage de mode (ML) en polarisation non linéaire des lasers à fibre de rotation. Cette procédure est basée sur deux étapes essentielles: la détection du régime ML en mesurant la polarisation du signal de sortie du laser, puis la mise en place d'un système de contrôle d'auto-allumage pour se rendre à ML.
lasers à fibre sont devenus un outil important dans l'optique de nos jours. Ils sont une source efficace de la lumière proche infrarouge cohérente et ils sont en train d'étendre dans la partie infrarouge moyen du spectre électromagnétique. Leur faible coût et la facilité d'utilisation en ont fait une alternative intéressante à d'autres sources de lumière cohérente tels que les lasers à l'état solide. Les lasers à fibre peuvent également fournir des impulsions ultracourtes (100 fs ou moins) lorsqu'un mécanisme ML est inséré dans la cavité de la fibre. Il existe de nombreuses façons de concevoir ce mécanisme ML, comme les miroirs de boucle non linéaires et des absorbeurs saturables. L'un de ceux-ci, largement utilisé fou sa simplicité, est basée sur une rotation de polarisation non – linéaire (NPR) du signal 1,2. Il utilise le fait que l'ellipse de polarisation du signal subit une rotation proportionnelle à son intensité telle qu'elle se propage dans les fibres de la cavité laser. En insérant un polariseur dans la cavité, ce NPR conduit à des pertes d'intensité dépendante lors d'un aller-retour du signal.
Le laser peut alors être forcé de ML en contrôlant l'état de polarisation. En effet, les parties de haute puissance du signal seront soumis à la diminution des pertes (figure 1) et cela finira par conduire à la formation d'impulsions ultracourtes de lumière lorsque le laser est activé et commence à partir d' un signal bruité faible puissance. Cependant, l'inconvénient de cette méthode est que le contrôleur d'état de polarisation (PSC) doit être correctement aligné pour obtenir ML. Habituellement, un opérateur trouve le ML manuellement en faisant varier la position de la CFP et à analyser le signal de sortie du laser avec une vitesse photodiode, un analyseur de spectre optique ou optique d'auto-corrélation non linéaire. Dès que l'émission d'impulsions est détectée, l'opérateur cesse de faire varier la position de la CFP, étant donné que le laser est ML. Évidemment obtenir le laser à auto-allumage conduit automatiquement à un gain important en matière d'efficacité. Cela est particulièrement vrai lorsque le laser est soumis à des perturbations changeantes de l'alignement ou la configuration de la cavité puisque l'opérateur doit passer par la procédure d'alignement encore et encore. Dans la dernière décennie, différentes méthodes ont été proposées pour réaliser cette automatisation. Hellwig et al. 3 utilisé squeezers piézo-électriques pour contrôler la polarisation en combinaison avec une analyse complète de l'état du signal de polarisation avec un tout-fibre division d'amplitude polarimètre pour détecter ML. Radnarotov et al. 4 utilisé à cristaux liquides PSCs plaque avec une analyse basée sur le spectre RF pour détecter ML. Shen et al. , 5 utilisé presseurs piézo-électriquespour contrôler la polarisation et un / système de compteur à grande vitesse photodiode pour détecter ML. Plus récemment, une stratégie basée sur un algorithme évolutif a été présenté dans laquelle la détection est assurée par une photodiode à bande passante élevée en combinaison avec un auto-corrélateur de second ordre intensimétrique et un analyseur de spectre optique. La commande est ensuite réalisée avec deux PSCs entraînées électroniquement à l' intérieur de la cavité 6.
Cet article décrit un moyen novateur de détection de ML et son application à une technique d'automatisation forçant le laser à fibre à ML. La détection de ML du laser est obtenue en analysant la façon dont l'état de polarisation du signal de sortie varie comme l'angle de la CFP est balayée. Comme on le verra, la transition vers ML est associée à un brusque changement de l'état détecté en mesurant l'un des paramètres de Stokes du signal de sortie de polarisation. Le fait qu'une impulsion est plus intense qu'un signal CW et fera l'objet d'une exp plus importante NPRlains ce changement. Depuis la sortie du laser est immédiatement situé avant le polariseur dans la cavité, l'état d'une impulsion à cet endroit de polarisation est différent de l'état de polarisation d'un signal CW (Figure 2) et sera utilisé pour discriminer l'état ML. Les aspects théoriques de cette procédure et sa première mise en œuvre expérimentale ont été présentés dans Olivier et al. 7. Dans cet article, l'accent sera mis sur les aspects techniques de la procédure, ses limites et ses avantages.
Cette technique est relativement simple à mettre en œuvre et ne nécessite pas d'instruments de mesure sophistiqués pour détecter l'état ML et automatiser l'alignement du laser pour obtenir ML. Un CFP réglable externe par le biais d'une interface programmable est nécessaire. Différents CSP peuvent en principe être utilisés: piézo-électrique presseurs à cristaux liquides, des plaques d'onde mis en rotation par un moteur, des cristaux magnéto-optiques ou d'un o à base de PSC tout fibre motorisén presser et tordre la fibre 8. Dans cet article, celui-ci est utilisé, un tout-fibre motorisé Yao-type PSC. Pour détecter l'état de polarisation d'un polarimètre commercial coûteux peut être utilisé. Toutefois, étant donné que la valeur du premier paramètre de Stokes est nécessaire, un diviseur de faisceau de polarisation en combinaison avec deux photodiodes sera suffisante comme indiqué dans cet article.
Tous ces composants sont peu coûteux pour les lasers à fibre largement utilisés dopées à l'erbium. Une boucle de rétroaction sur la base de cette procédure peut ML trouver en quelques minutes. Ce temps de réponse est appropriée pour la plupart des applications de lasers à fibres et est comparable à celle des autres techniques existantes. En fait, le temps de réponse est limitée par l'électronique utilisée pour analyser la polarisation du signal. Enfin, bien que la procédure est appliquée ici à un laser dopé à l' erbium similariton 9 de fibres, il pourrait être utilisé pour n'importe quel laser à fibre à base NPR dès que l'équipement mentionné ci – dessus , ou ses équivalent devient disponible à la longueur d'onde d'intérêt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il a été démontré qu'il est possible d'automatiser le niveau maximal de NPR lasers en anneau de fibres en utilisant une boucle de rétroaction sur la base de mesures de polarisation de sortie. Pour réaliser cette tâche, il est crucial d'insérer un PSC réglable dans la cavité. Le coupleur de sortie de la cavité doit être située juste avant le polariseur afin de voir une différence entre l'état de polarisation d'un signal CW et un signal d'impulsion (Figure 2). La bir…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs tiennent à remercier Christian Olivier et Philippe Chrétien pour l'aide précieuse concernant l'électronique, Éric Girard à GiGa Concept Inc. pour le support avec le contrôleur de polarisation motorisée, professeur Réal Vallée pour le prêt de polarimètre commerciale et professeur Michel Piché pour de nombreuses discussions fructueuses .
Ce travail a été soutenu par le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies (FRQNT), les sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) et Emplois d'été Canada.
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. |
Referências
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- Hellwig, T., Walbaum, T., Groß, P., Fallnich, C. Automated characterization and alignment of passively mode-locked fiber lasers based on nonlinear polarization rotation. Appl. Phys. B. 101 (3), 565-570 (2010).
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