出力偏光測定を通じて非線形偏波回転ファイバレーザにおけるモードロックの自動化
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
レーザは、モードロックされたときには、レーザ共振器の長さによって決定される繰り返し率で、超短パルス列を放出します。この記事では、事前調整非線形偏光回転ファイバレーザにモード同期を強制的に新しいと安価な手順の概要を説明します。この手順は、モードロックが発生し、出力偏光状態の急激な変化の検出に基づいています。この変化は、モード同期状態を見つけるために、イントラキャビティ偏光コントローラの位置合わせを指令するために使用されます。具体的には、第一のストークスパラメータの値は、レーザーが、モードロック状態になったときまた、急激な変化を受け、偏光制御器の角度を掃引したときに変化し。この急激な変化を監視する偏光制御器の位置合わせを指示し、モード同期に向けてレーザを駆動するために使用することができる実用的な簡単に検出信号を供給する。この監視は、ごく一部を供給することにより達成されます。偏光解析装置への信号の最初のストークスパラメータを測定します。レーザーは、モードロック状態になったときアナライザからこのパラメータの読み出しの急激な変化が発生します。このとき、偏波コントローラの必要な角度が一定に保たれます。アライメントが完了しました。この手順では、このような光スペクトラムアナライザ、RFスペクトラム・アナライザ、電子パルスカウンタまたは2光子吸収または第二高調波発生に基づく非線形検出方式に接続されたフォトダイオードなどの機器を使用する既存の自動化手順への代替方法を提供します。これは、非線形偏光回転によってロックレーザモードに適しています。特に、1550nmの波長において、安価な手段を必要とし、実装するのが比較的容易であり、それは、上記の技術と比較して発生し、生産及び操作のコストを低下させます。
Introduction
この論文の目的は、非線形偏光回転ファイバレーザモード同期（ML）を得るために自動アライメント手順を提示することです。この手順は、2つの重要なステップに基づいています。レーザーの出力信号の偏光を測定した後、MLに到達するために、自己始動制御装置をアップ設定することにより、ML体制を検出します。
ファイバレーザは、最近の光学系で重要なツールとなっています。彼らは、コヒーレント近赤外光の効率的な供給源であり、彼らは今、電磁スペクトルの中間赤外線部分内に延びています。その低コスト、使いやすさは、固体レーザなどのコヒーレント光の他のソースにそれらを魅力的な代替を行いました。 ML機構はファイバキャビティ内に挿入されたときのファイバレーザは、（100フェムト秒以下）の超短パルスを提供することができます。このような非線形ループミラーと可飽和吸収体としてこのMLメカニズムを設計する方法は多数あります。これらのいずれかの、広く使用されているFまたはそのシンプルさは、信号1,2の非線形偏光回転（NPR）に基づいています。それは、レーザキャビティのファイバに伝搬する信号の偏光の楕円は、その強度に回転比例を受けるという事実を利用します。キャビティ内での偏光板を挿入することにより、このNPRは、信号の往復の際に強度依存損失につながります。
レーザーは、次に、偏光状態を制御することにより、MLに強制することができます。効果的に、信号の高出力部は、低損失（ 図1）に供され、レーザがオンと低電力ノイズの多い信号から開始された場合、これは、最終的に光の超短パルスの形成につながります。しかし、この方法の欠点は、偏光状態コントローラ（PSC）は、適切にMLを取得するように整列されなければならないということです。通常、オペレータは、PSCの位置を変化させると高速Pでレーザの出力信号を分析することによって手動でMLを発見しますhotodiode、光スペクトラムアナライザや非線形光学自動相関器。できるだけ早くパルスの放射が検出されると、オペレータは、レーザがMLであるので、PSCの位置を変化させることを停止します。明らかに、自動的に効率の重要な利益につながる自己スタートにレーザーを得ます。レーザは、オペレータが何度も位置合わせ手順を経る必要があるため、アライメントまたは空洞の構成を変更する摂動を受ける場合に特に当てはまります。 10年で、異なる方法が、この自動化を達成するために提案されています。 Hellwigさんら 3は 、MLを検出するためにすべてのファイバ分割の振幅偏光の信号の偏光状態の完全な分析と組み合わせた偏光を制御するための圧電スクイーザを用います。 Radnarotov ら 4は、MLを検出するためのRFスペクトルに基づいて分析を液晶板のPSCを使用します。シェンらは、5圧電スクイーザを使用分極およびMLを検出するフォトダイオード/高速カウンタシステムを制御します。より最近では、進化的アルゴリズムに基づいた戦略は、検出がintensimetric二次自己相関と光スペクトラムアナライザと組み合わせて高帯域幅のフォトダイオードによって提供されて提示されました。制御は、その後、キャビティ6内の 2電子駆動のPSCを用いて行われます。
この記事では、MLにファイバレーザを強制的に自動化技術にMLとその応用を検出する革新的な方法を説明します。レーザのMLの検出は、PSCの角度を掃引される信号の出力偏光状態がどのように変化するかを分析することによって達成されます。示されるように、MLへの遷移は、出力信号のストークスパラメータのいずれかを測定することによって検出偏光状態の急激な変化と関連しています。パルスはCW信号よりも強いであり、より重要なNPRのexpを受けるという事実lainsこの変更。レーザの出力は直ちにキャビティ内の偏光子の前に配置されているので、この位置におけるパルスの偏光状態は、CW信号の偏光状態（ 図2）とは異なり、MLの状態を識別するために使用されます。このプロシージャとその最初の実験的な実装の 理論的な側面は、オリビエらに提示された。7。この記事では、重点は、プロシージャ、その限界とその利点の技術的な側面になります。
この技術は、比較的実装が簡単であり、MLの状態を検出し、MLを取得するために、レーザーの位置合わせを自動化するための高度な測定機器を必要としません。プログラマブルインタフェースを介して外部で調整PSCが必要です。別のPSCは、原理的には使用することができる：モーター、磁気光学結晶または電動全ファイバPSCベースのOによって回転圧電スクイーザ、液晶、波板nは圧搾ファイバ8をねじります。この記事では、後者は、全ファイバ電動八尾型PSCを使用されています。高価な商用の偏光を使用することができる偏光状態を検出するために。最初のストークスパラメータの値のみが必要とされているので、この記事で示したようにしかし、2つのフォトダイオードと組み合わせた偏光ビームスプリッタは十分であろう。
すべてのこれらの構成要素は、広く使用されているエルビウムドープファイバレーザのため安価です。この手順に基づいてフィードバックループが数分でMLを見つけることができます。この応答時間は、ファイバレーザのほとんどのアプリケーションに適しており、他の既存の技術に匹敵します。実際に、応答時間は、信号の偏光を分析するために使用される電子機器によって制限されます。手順はsimilariton 9エルビウムドープファイバレーザにここで適用しているが、最終的には、上述した装置またはそのequivalen次第任意NPR基づくファイバレーザを使用することができますトンは、関心のある波長で利用可能になります。
Protocol
Representative Results
Discussion
出力偏光測定値に基づいてフィードバックループを使用して、NPRファイバリングレーザのMLを自動化することが可能であることが示されています。このタスクを実現するためには、キャビティ内の調整可能なPSCを挿入することが重要です。空洞の出力カプラは、CW信号とパルス信号（ 図2）の偏光状態の違いを見るためにだけ、偏光子の前に配置する必要があります。 MLを見つけ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、電子機器に関する貴重な助けのためにクリスチャンオリビエとフィリップ・クレティアンに感謝したいと思い、電動式偏光コントローラとサポートのためのギガコンセプトInc.のエリックジラール、教授レアルヴァレ多くの実りある議論のための商業用偏光と教授ミシェル・ピシェのローンのために。
ネイチャーら技術（FRQNT）、カナダの自然科学と工学研究評議会（NSERC）とカナダサマージョブ – この作品は、フォンデRECHERCHEケベックによってサポートされていました。
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. |
References
- Hofer, M., Fermann, M. E., Haberl, F., Ober, M. H., and Schmidt, A. J. Mode locking with cross-phase and selfphase modulation. Opt. Lett. 16 (7), 502-504 (1991).
- Haus, H. A., Ippen, E. P., and Tamura, K. Additive-pulse modelocking in fiber lasers. IEEE J. Quantum Electron. 30 (1), 200-208 (1994).
- Hellwig, T., Walbaum, T., Groß, P., and 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).
- Radnatarov, D., Khripunov, S., Kobtsev, S., Ivanenko, A., and Kukarin, S. Automatic electronic-controlled mode locking self-start in fibre lasers with non-linear polarization evolution. Opt. Express. 21 (18), 20626-20631 (2013).
- Shen, X., Li, W., Yan, M., and Zeng, H. Electronic control of nonlinear-polarization-rotation mode locking in Yb-doped fiber lasers. Opt. Lett. 37 (16), 3426-3428 (2012).
- Andral, U., Si Fodil, R., Amrani, F., Billard, F., Hertz, E., and Grelu, P. Fiber laser mode locked through an evolutionary algorithm. Optica. 2 (4), 275-278 (2015).
- Olivier, M., Gagnon, M.-D., and Piché, M. Automated mode locking in nonlinear polarization rotation fiber lasers by detection of a discontinuous jump in the polarization state. Opt. Express. 23 (5), 6738-6746 (2015).
- Ulrich, R. and Simon, A. Polarization optics of twisted single-mode fibers. Appl. Opt. 18 (13), 2241-2251 (1979).
- Chong, A., Wright, L. G., and Wise, F. Ultrafast fiber lasers based on self-similar pulse evolution: a review of current progress. Rep. Prog. Phys. 78 (11) , 113901 (2015).
- Komarov, A., Leblond, H., and Sanchez, F. Theoretical analysis of the operating regime of a passively-mode-locked fiber laser through nonlinear polarization rotation. Phys. Rev. A. 72, 063811 (2005).
- Kobtsev, S., Smirnov, S, Kukarin, S, and Turitsyn, S. Mode-locked fiber lasers with significant variability of generation regimes. Optical Fiber Technology. 20 (6), 615-620 (2014).
- Kobtsev, S., Kukarin, S., Smirnov, S., Turitsyn, S., and Latkin, A. Generation of double-scale femto/pico-second optical lumps in mode-locked fiber lasers. Opt. Express. 17 (23), 20707-20713 (2009).
- Churkin, D. V., Sugavanam, S., Tarasov, N., Khorev, S., Smirnov, S. V., Kobtsev, S. M., and Turitsyn, S. K. Stochasticity, periodicity and localized light structures in partially mode-locked fibre lasers. Nat. Commun. 6, 7004 (2015).
- Duling III, I. N., Chen, C.-J., Wai, P. K. A., and Menyuk, C. R. Operation of a nonlinear loop mirror in a laser cavity. IEEE J. Quantum Electron. 30 (1), 194-199 (1994).
- Krempzek, K., Grzegorz, S., Kaczmarek, P., and Abramski, K. M. A sub-100 fs stretched-pulse 205 MHz repetition rate passively mode-locked Er doped all-fiber laser. Laser Phys. Lett. 10, 105103 (2013).
- Shtyrina, O., Fedoruk, M., Turitsyn, S., Herda, R., and Okhotnikov, O. Evolution and stability of pulse regimes in SESAM-mode-locked femtosecond fiber lasers. J. Opt. Soc. Am. B. 26 (2), 346-352 (2009).
