Automatisering av Mode Låsing i en ikke-lineær polarisering rotasjon Fiber Laser gjennom Output Polarisering Målinger

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

Når en laser er modus-låst, avgir den et tog av ultra-korte pulser med en repetisjonsfrekvens bestemt av laserhulrommet lengde. Denne artikkelen beskriver en ny og billig fremgangsmåte for å tvinge modus låsing i en forhåndsjustert-lineær polarisasjon rotasjon fiber laser. Denne fremgangsmåten er basert på påvisning av en plutselig endring i utgangs polarisasjonstilstanden når modus låsing inntreffer. Denne endring benyttes for å kommandere justeringen av intra-hulroms polarisasjonsstyrer for å finne modus låsing betingelser. Mer spesielt er verdien av den første Stokes parameter varierer når vinkelen av polarisasjonsstyreren er blåst og dessuten den gjennomgår en brå variasjon når laseren går over i modus-låst tilstand. Overvåking denne brå variasjon gir en praktisk enkel å detektere signaler som kan brukes til å kommandere justeringen av polarisasjonsstyreren og drive laser mot modus låsing. Denne overvåkning blir oppnådd ved å mate en liten andelav signalet til en polarisering analysator som måler den første Stokes-parameteren. En plutselig endring i lese ut av denne parameteren fra analysatoren vil skje når laseren går inn i modus-låst tilstand. I dette øyeblikket, er ønsket vinkel av polarisering kontrolleren holdt fast. Justeringen er fullført. Denne fremgangsmåten gir en alternativ måte å eksisterende Automatisere prosedyrer som bruker utstyr som en optisk spektrumanalysator, en RF spektrum analysator, en fotodiode som er koblet til en elektronisk puls-counter eller en ikke-lineær oppdage ordning basert på to-foton absorpsjon eller andre harmonisk generasjon. Det passer for lasere modus låses ved ikke-lineær polarisering rotasjon. Det er forholdsvis lett å gjennomføre, krever billig måte, særlig ved en bølgelengde på 1550 nm, og det senker produksjon og drift kostnader i forhold til de ovenfor nevnte teknikker.

Introduction

Hensikten med denne artikkelen er å presentere en automatisering justeringsprosedyren for å få modus låse (ML) i ikke-lineær polarisering rotasjon fiber lasere. Denne fremgangsmåten er basert på to grunnleggende trinn: detektering av den ML-regimet ved å måle polarisasjonen av utgangssignalet fra laseren, og deretter å sette opp en selvstartstyresystemet for å komme til ML.

Fiber lasere har blitt et viktig verktøy i optikk i dag. De er en effektiv kilde for koherent nær-infrarødt lys, og de er nå strekker seg inn i midten av det infrarøde del av det elektromagnetiske spektrum. Deres lave kostnader og brukervennlighet har gjort dem til et attraktivt alternativ til andre kilder til koherent lys som solid-state laser. Fiber lasere kan også gi Ultra pulser (100 fsec eller mindre) når en ML mekanisme er satt inn i fiberen hulrom. Det er mange måter å designe denne ML mekanisme som lineære sløyfe speil og mett dempere. En av disse, er mye brukt feller dens enkelhet, er basert på ikke-lineær polarisasjon rotasjon (NPR) til signal ^1,2. Den bruker det faktum at polarisasjonen ellipse av signalet gjennomgår en rotasjons proporsjonal med dens intensitet som den forplanter seg i fibrene i laserhulrommet. Ved å sette inn en polarisator i hulrommet, fører dette til NPR intensitetsavhengig tap i løpet av en rundtur av signalet.

Laseren kan da bli tvunget til å ML ved å styre polarisasjonstilstanden. Effektivt, vil de kraftige partier av signalet bli utsatt for å senke tap (figur 1), og dette vil til slutt føre til dannelse av Ultra pulser av lys når laseren er slått på og starter fra en laveffekts støyende signal. Imidlertid er ulempen med denne fremgangsmåten er at den polarisasjonstilstanden kontrolleren (PSC) må være riktig innrettet for å få ML. Vanligvis finner en operatør ML manuelt ved å variere stillingen av PSC og analysere utgangssignalet fra laseren med en rask photodiode, en optisk spektrumanalysator eller et ikke-lineært optisk auto-korrelator. Så snart utsendelsen av pulser detekteres, stopper operatøren å variere posisjonen av PSC siden laseren er ML. Tydeligvis få laseren til selv start fører automatisk til en viktig gevinst i effektivitet. Dette gjelder spesielt når laseren er utsatt for forstyrrelser endre innrettingen eller hulrommet konfigurasjon fordi operatøren må gå gjennom justeringsprosedyren på nytt og på nytt. I det siste tiåret, har ulike metoder blitt foreslått for å oppnå dette automatisering. Hellwig et al. ³ brukt piezo-elektriske squeezers for å styre polarisasjonen i kombinasjon med en full analyse av polarisasjonstilstanden av signalet med en all-fiber delingen-of-amplitude polarimeter å detektere ML. Radnarotov et al. ⁴ anvendes flytende krystall-plate pscs med en analyse basert på RF-spektrumet for å detektere ML. Shen et al. ⁵ brukt piezo-elektrisk squeezerså kontrollere polarisering og en fotodiode / høyhastighetsteller som registrerer ML. Mer nylig ble en strategi som er basert på en evolusjonær algoritme presentert hvori deteksjonen er forsynt med en stor båndbredde fotodiode i kombinasjon med en intensimetric andre-ordens autokorrelator og en optisk spektrumanalysator. Kontrollen utføres deretter med to elektronisk drevet pscs inne i hulrommet ^6.

Denne artikkelen beskriver en innovativ måte å oppdage ML og dens anvendelse i en automatiseringsteknikk tvinge fiber laser til ML. Påvisningen av ML av laseren blir oppnådd ved å analysere hvordan utgangs polarisasjonstilstanden til det signal som varierer vinkelen til PSC er blåst. Som det vil bli vist, er overgangen til ML forbundet med en plutselig forandring i polarisasjonstilstanden detekteres ved å måle en av de Stokes parametere av utgangssignalet. Det faktum at en puls er mer intens enn et CW-signal, og vil gjennomgå en mer viktig NPR explains denne endringen. Siden utgangssignalet fra laseren er plassert umiddelbart før polarisatoren i hulrommet, polarisasjonstilstanden av en puls på dette stedet er forskjellig fra polarisasjonstilstanden av et CW-signal (figur 2), og vil bli brukt til å diskriminere ML tilstand. Teoretiske aspekter ved denne fremgangsmåten og sin første eksperimentelle implementeringen ble presentert i Olivier et al. ^7. I denne artikkelen vil det bli lagt vekt på de tekniske aspektene av prosedyren, dens begrensninger og sine fordeler.

Denne teknikken er relativt enkel å gjennomføre og krever ikke avansert måleinstrumenter for å detektere ML tilstand og automat justeringen av laseren for å få ML. En PSC regulerbar eksternt gjennom et programmerbart grensesnitt er nødvendig. Forskjellige pscs kunne brukes i prinsipp: piezo-elektriske squeezers, flytende krystall, bølgeplater roteres av en motor, magneto-optiske krystaller eller et motorisert all-fiber PSC basert on klemme og vri fiber ^8. I denne artikkelen er det siste brukt, en all-fiber motorisert Yao-type PSC. For å detektere polarisasjonstilstanden et kostbart kommersielt polarimeter kan anvendes. Imidlertid, siden bare verdien av den første Stokes-parameteren er nødvendig, vil en polariserende stråledeler i kombinasjon med to fotodioder være tilstrekkelig, som vist i denne artikkelen.

Alle disse komponentene er billig for de mest brukte Erbium-dopet fiber lasere. En tilbakekoblingssløyfe basert på denne fremgangsmåten kan finne ML i noen få minutter. Dette responstid er egnet for de fleste anvendelser av fiber lasere og kan sammenlignes med de andre eksisterende teknikker. Faktisk er responstiden begrenset av elektronikken som brukes til å analysere polarisasjonen av signalet. Til slutt, selv om fremgangsmåten er brukt her til en similariton ⁹ erbiumdopet fiber laser, det kan brukes for en hvilken som helst NPR basert fiberlaser så snart den ovennevnte utstyret eller dets equivalent blir tilgjengelig ved bølgelengden av interesse.

Protocol

1. Sette opp en Fiber ML Fiber Laser Inkludert en Motorisert PSC Samle følgende komponenter: en enkeltmodus erbiumdopet fiber, en 980/1550 nm bølgelengdedelt multiplekser (WDM), et 980/1550 nm WDM-1550 nm isolator hybrid komponent, en 50/50 fiberkopler, en fiber polarisator, en motorisert PSC, to 980 nm laser pumpe dioder, en 99/1 fiber coupler og en manuell inline PSC. Skjær erbiumdopet fiber og alle de andre fiber pigtailed komponenter for å passe med den ønskede hulrom design. MERK: D…

Representative Results

NPR modus-låst fiber lasere er kjent for å tilby et stort utvalg av pulserende regimer som Q-svitsjede pulser 10, sammenhengende ML pulser, støy-lignende pulser, bundet statene ML pulser, harmonisk ML og komplekse strukturer av samspill ML pulser 11. I laser som er beskrevet her, etter at dobbeltbrytningen til PSC ble løst å være i stand til å få ML, ble pumpeeffekten justert til å være forholdsvis nær terskelen av enkelt-puls ML. Ved å gjøre dette, ble…

Discussion

Det er blitt vist at det er mulig å automatisere ml NPR fiber ringlasere ved hjelp av en tilbakekoblingssløyfe basert på utgangspolariserings målinger. For å realisere denne oppgaven er det viktig å sette inn en justerbar PSC i hulrommet. Utgangen kopler av hulrommet må være plassert like før polarisatoren, for å vise en forskjell mellom den polarisasjonstilstanden av et CW-signal og et pulssignal (figur 2). Den dobbeltbrytning av PSC må forhånds justeres slik at ML kan bli funnet og pumpeef…

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.