Automatisering van Mode Locking in een lineaire Polarisatie Rotatie Fiber Laser tot Uitvoer Polarisatie Metingen

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

Wanneer een laser geblokkeerde modus zendt een trein van ultrakorte pulsen met een herhalingsfrequentie wordt bepaald door de laser holtelengte. Dit artikel beschrijft een nieuwe en goedkope procedure tot stand vergrendelende kracht in een vooraf ingestelde lineaire polarisatiedraaiing vezellaser. Deze procedure is gebaseerd op de detectie van een plotselinge verandering in de output polarisatietoestand bij wijze vergrendeling optreedt. Deze verandering wordt gebruikt om de uitlijning van het binnenholtetoedienorgaan polarisatie controller opdracht om mode locking jasje. Meer specifiek is de waarde van de eerste parameter Stokes varieert wanneer de hoek van de polarisatie controller wordt geveegd en bovendien ondergaat een abrupte verandering zonder dat de laser gaat de modus vergrendelde toestand. Monitoring deze abrupte verandering een praktische eenvoudig te detecteren signaal dat kan worden gebruikt om de uitlijning van de polarisatie controller opdracht en drijven de laser richting modus vergrendeling. Deze controle wordt bereikt door het toevoeren van een klein deelvan het signaal naar een polarisatieanalysator meting Stokes de eerste parameter. Een plotselinge verandering in de uitgelezen deze parameter uit de analysator in werking wanneer de laser gaat de modus vergrendelde toestand. Op dit moment is de gewenste hoek van de polarisatie controller vast blijft. De uitlijning is voltooid. Deze procedure verschaft een alternatieve manier om bestaande automatiseren procedures apparatuur zoals een optische spectrumanalysator, een HF-spectrum analyser, een fotodiode verbonden met een elektronische puls-teller of een lineaire detectie regeling op basis van twee-foton absorptie of frequentieverdubbeling. Het is geschikt voor lasers stand vergrendeld door lineaire polarisatie draaien. Het is relatief eenvoudig te implementeren, vereist goedkope middelen, in het bijzonder bij een golflengte van 1550 nm, en het verlaagt de productie en exploitatie kosten in vergelijking met de bovengenoemde technieken.

Introduction

Het doel van dit artikel is om een ​​automatiseringssysteem alignment procedure tot stand vergrendeling (ML) in niet-lineaire polarisatie rotatie fiber lasers komen presenteren. Deze procedure is gebaseerd op twee essentiële stappen: detecteren van de ML regime door meting van de polarisatie van het uitgangssignaal van de laser en het opzetten van een zelf-start controlesysteem om ML te komen.

Fiber lasers hebben een belangrijk instrument in de optica tegenwoordig geworden. Ze zijn een efficiënte bron van coherente nabij-infrarood licht en ze nu uitstrekt in het midden-infrarode deel van het elektromagnetische spectrum. Hun lage kosten en gebruiksgemak hebben ze maakte een aantrekkelijk alternatief voor andere bronnen van coherent licht, zoals solid-state lasers. Vezellasers Ook kunnen ultrakorte pulsen (100 FSEC of minder) wanneer een ML mechanisme de vezels holte wordt ingebracht. Er zijn vele manieren om dit mechanisme ML te ontwerpen, zoals niet-lineaire loop spiegels en verzadigbaar absorbers. Een daarvan, gebruikte fof zijn eenvoud, is niet-lineair polarisatiedraaiing (NPR) van het signaal ^1,2. Het maakt gebruik van het feit dat de polarisatie-ellips van het signaal ondergaat een rotatie evenredig toenam naarmate hij zich voortplant in de vezels van de laserholte. Door een polarisator in de holte, het NPR leidt tot intensiteitsafhankelijke verliezen tijdens een rondreis van het signaal.

De laser kan vervolgens worden gedwongen ML door regeling van de polarisatietoestand. In feite zal de hoogvermogen gedeelten van het signaal worden onderworpen aan lagere verliezen (figuur 1) en dit leidt uiteindelijk tot de vorming van ultrakorte lichtpulsen wanneer de laser wordt ingeschakeld en gaat uit van een laagvermogen ruissignaal. Echter, het nadeel van deze methode is dat de polarisatietoestand controller (PSC) correct worden uitgelijnd ML krijgen. Gewoonlijk exploitant vindt de ML handmatig door het variëren van de positie van het PVC en analyseren van het uitgangssignaal van de laser met een snelle photodiode een optische spectrum analyser of een niet-lineair optisch autocorrelator. Zodra de emissie van pulsen wordt gedetecteerd, stopt de aandrijving variëren van de positie van het PVC omdat de laser ML. Uiteraard krijgen de laser self-start automatisch leidt tot een belangrijke winst in efficiëntie. Dit is vooral het geval wanneer de laser is onderhevig aan verstoringen wijziging van het tracé of de holte configuratie, omdat de exploitant moet opnieuw en opnieuw door de alignment procedure. In het afgelopen decennium zijn verschillende werkwijzen voorgesteld om deze automatisering. Hellwig et al. ³ gebruikte piëzo-elektrische squeezers polarisatie in combinatie bedienen met een volledige analyse van de polarisatietoestand van het signaal met een all-fiber-divisie van amplitude polarimeter ML detecteren. Radnarotov et al. ⁴ gebruikt liquid-crystal plaat PSC's met een analyse op basis van de RF-spectrum te ML detecteren. Shen et al. ⁵ gebruikt piëzo-elektrische Squeezerspolarisatie en een fotodiode / high-speed teller systeem ML detecteren beheersen. Recenter een strategie gebaseerd op een evolutionair algoritme gepresenteerd waarin de detectie wordt verschaft door een hoge-bandbreedte fotodiode in combinatie met een tweede-orde intensimetric autocorrelator en een optische spectrumanalysator. De controle wordt dan uitgevoerd met twee elektrisch aangedreven PSC binnenin de holte ^6.

Dit artikel beschrijft een innovatieve manier van opsporen ML en de toepassing ervan op een automatiseringssysteem techniek waardoor de fiber laser ML. De detectie van ML van de laser wordt bereikt door te analyseren hoe de uitvoer polarisatietoestand van het signaal varieert de hoek van de PSC wordt geveegd. Zoals zal worden aangetoond, wordt de overgang naar ML wijst op een plotselinge verandering in de polarisatietoestand gedetecteerd door het meten van een van de Stokes parameters van het uitgangssignaal. Dat is een puls intenser dan een CW-signaal en een belangrijkere NPR exp ondergaanLains deze verandering. Aangezien de uitgang van de laser direct geplaatst voor de polarisator in de holte, de polarisatietoestand van een puls op deze locatie verschilt van de polarisatietoestand van een CW-signaal (figuur 2) en wordt gebruikt om de toestand ML discrimineren. Theoretische aspecten van deze procedure en de eerste experimentele toepassing werden in Olivier et al. ^7. In dit artikel zal de nadruk liggen op de technische aspecten van de procedure, de beperkingen en de voordelen ervan.

Deze techniek is relatief eenvoudig uit te voeren en vereist geen geavanceerde meetinstrumenten de ML toestand detecteren en automatiseren van de uitlijning van de laser ML krijgen. Een PSC instelbaar extern via een programmeerbare interface nodig. Verschillende PSC kunnen worden gebruikt in principe: piëzo-elektrische squeezers, vloeibaar kristal, wave-platen geroteerd door een motor, magneto-optische kristallen of gemotoriseerde alle vezels PSC geban knijpen en verdraaien van de vezel ^8. In dit artikel wordt deze gebruikt, all-fiber gemotoriseerde Yao-type PSC. De polarisatietoestand een dure commerciële polarimeter kan worden gedetecteerd. Omdat slechts de waarde van de eerste parameter Stokes vereist, een polariserende bundelsplitser in combinatie met twee fotodiodes voldoende zijn zoals in dit artikel.

Al deze componenten zijn goedkoop voor de veelgebruikte erbium gedoopte fiber lasers. Een terugkoppellus basis van deze procedure ML vinden in enkele minuten. Deze reactietijd is geschikt voor de meeste toepassingen van vezellasers en is vergelijkbaar met de andere technieken. In feite is de responstijd beperkt door de elektronica die de polarisatie van het signaal te analyseren. Tot slot, hoewel bovenstaande werkwijze wordt toegepast op een similariton ⁹ erbium gedoopte fiber laser, kan worden zodra gebruikt voor NPR gebaseerd vezellaser zoals de bovengenoemde machine zijn equivalent beschikbaar is bij de golflengte van belang.

Protocol

1. Opzetten van een Fiber ML Fiber Laser Inclusief een Gemotoriseerde PSC Verzamel de volgende componenten: een single-mode-erbium gedoteerde vezel, een 980/1550 nm wavelength division multiplexer (WDM), een 980/1550 nm WDM-1550 nm isolator hybride component, een 50/50 vezel koppelaar, een vezel polarisator, een gemotoriseerde PSC, twee 980 nm laser pomp diodes, een 99/1 vezel koppelaar en een handleiding inline PSC. Snijd de erbium-gedoteerde glasvezel en alle andere fiber-pigtailed componenten aan…

Representative Results

NPR modusvergrendelde fiber lasers is bekend dat een groot aantal pulsen regimes als Q-geschakelde pulsen 10, coherente ML pulsen, ruisachtige pulsen, gebonden toestanden van ML pulsen, harmonisch ML en complexe structuren interactie ML pulsen 11 leveren. In de hier beschreven laser, na de dubbele breking van de PSC vastgesteld kunnen ML krijgen, werd de pompkracht toe die relatief dichtbij de drempel van enkele puls ML. Daarbij het aantal concurrerende regimes werd…

Discussion

Het is aangetoond dat het mogelijk is de ML van NPR vezels ringlasers automatiseren met een terugkoppellus op output polarisatiemetingen. Om deze taak te realiseren is het cruciaal om een ​​verstelbare PSC in de holte in te voegen. De uitgangskoppelaar van de holte moet zich net vóór de polarisator om een verschil tussen de polarisatietoestand van een CW signaal en een pulssignaal (Afbeelding 2) zien. De dubbele breking van de PSC moet vooraf worden ingesteld dat ML te vinden en het pompvermogen w…

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.