Автоматизация режима блокировки в нелинейной поляризации Вращение волоконного лазера через выход поляризационных измерений
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
Когда лазер с синхронизацией мод, он испускает поезд ультра-коротких импульсов с частотой повторения определенной длины резонатора лазера. В этой статье описывается новый и недорогой процедуры для принудительного режима блокировки в предварительно скорректированных нелинейной поляризации лазера вращения волокна. Эта процедура основана на обнаружении внезапного изменения состояния выхода поляризации, когда происходит режим блокировки. Это изменение используется для команды выравнивания контроллера поляризации внутри полости для того, чтобы найти режим блокировки условий. Более конкретно, значение первого параметра Стокса изменяется при изменении угла контроллера поляризации заметен и, кроме того, он претерпевает резкое изменение, когда лазер переходит в состояние режима автоподстройки. Мониторинг это резкое изменение обеспечивает практический сигнал простой в определить, что может быть использовано для команды выравнивание поляризационного контроллера и привода лазера в направлении мод. Этот контроль достигается путем подачи небольшой частисигнала в анализатор поляризации измерения первого параметра Стокса. Внезапное изменение в чтении из этого параметра из анализатора будет происходить, когда лазер переходит в состояние режима автоподстройки. В этот момент, требуемый угол контроллера поляризации сохраняется фиксированной. Выравнивание завершается. Эта процедура обеспечивает альтернативный путь к существующим процедурам Automating, которые используют оборудование, такое как оптический анализатор спектра, анализатор спектра РЧ, фотодиода, подключенного к электронному импульсным счетчиком или нелинейной схемы детектирования на основе ДФП или генерации второй гармоники. Он подходит для режима лазеров заблокированного нелинейного вращения поляризации. Это сравнительно легко осуществить, он требует недорогое средство, особенно при длине волны 1550 нм, и это снижает затраты на производство и эксплуатацию, понесенные по сравнению с вышеупомянутыми методами.
Introduction
Цель данной статьи состоит в том, чтобы представить процедуру выравнивания автоматизации для получения режима синхронизации мод (ML) в нелинейной поляризации лазеров вращения волокна. Эта процедура основана на двух основных этапов: определение режима ML путем измерения поляризации выходного сигнала лазерного излучения, а затем наладку систему управления самозапуска, чтобы добраться до ML.
Волоконные лазеры стали важным инструментом в оптике в настоящее время. Они являются эффективным источником когерентного ближнего инфракрасного света, и в настоящее время они проходящее в середине инфракрасной части электромагнитного спектра. Их низкая стоимость и простота использования сделали их привлекательной альтернативой другим источникам когерентного света, таких как твердотельных лазеров. Волоконные лазеры могут также обеспечить ультракоротких импульсов (100 фс или менее), когда механизм ML вставлен в полость волокна. Есть много способов создания такого механизма ML, такие как нелинейные зеркала петель и насыщающихся поглотителей. Один из них, широко используется Fили его простота, основана на нелинейной вращения плоскости поляризации (NPR) сигнала 1,2. Он использует тот факт, что эллипс поляризации сигнала испытывает поворот пропорционально его интенсивности по мере распространения в волокнах резонатора лазера. Вставив поляризатор в полости, это приводит к NPR, зависящей от интенсивности потерь во время туда и обратно сигнала.
Лазер может быть вынужден ML путем контроля состояния поляризации. Эффективно, высокие мощности части сигнала будут подвергнуты снизить потери (рисунок 1) , и это в конечном итоге приведет к образованию ультракоротких импульсов света , когда лазер включен и начинается от шумного сигнала с низким энергопотреблением. Однако недостатком этого метода является то, что состояние поляризации контроллер (PSC) должны быть выровнены, чтобы получить ML. Как правило, оператор находит ML вручную путем изменения положения PSC и анализа выходного сигнала лазера с быстрым рhotodiode, оптический анализатор спектра или нелинейный оптический автокоррелятор. Как только излучение импульсов обнаружен, то оператор прекращает изменения положения ККП, так как лазер МЛ. Очевидно, что получение лазера к самозапуска автоматически приводит к важному выигрыш в эффективности. Это особенно актуально, когда лазер подвергается возмущениям, изменяющих выравнивание или конфигурацию полости, поскольку оператор должен снова и снова пройти процедуру выравнивания. В последнее десятилетие различные методы были предложены для достижения этой автоматизации. Hellwig и др. 3 использовали пьезоэлектрические соковыжималки для контроля поляризации в сочетании с полным анализом состояния поляризации сигнала с полностью волоконной разделением от амплитуды поляриметре для обнаружения ML. Radnarotov и др. 4 использовали ЧОК жидкокристаллические пластины с анализом на основе радиочастотного спектра для обнаружения ML. Shen и др. 5 использовали пьезоэлектрические соковыжималкиконтролировать поляризацию и фотодиод / высокоскоростного счетчика системы для обнаружения ML. Совсем недавно была представлена стратегия на основе эволюционного алгоритма, в котором обнаружение обеспечивается фотодиода с высокой пропускной способностью в сочетании с intensimetric автокорреляторе второго порядка и оптический анализатор спектра. Контроль Затем выполняется с двумя электронным способом приводом ЧОК внутри полости 6.
В данной статье описывается новый способ обнаружения ML и его применение к технике автоматизации принуждая волоконный лазер на ML. Обнаружение ML лазера достигается путем анализа того, как состояние поляризации выхода сигнала изменяется угол ККП заметен. Как будет показано далее, переход к ML связано с внезапным изменением состояния поляризации обнаруживаемого путем измерения одного из параметров Стокса выходного сигнала. Тот факт, что импульс является более интенсивным, чем сигнал CW и будет проходить более важную NPR ехрlains это изменение. Поскольку выход лазера непосредственно расположен перед поляризатора в полости, состояние поляризации импульса на этом месте , отличном от состояния поляризации сигнала CW (рисунок 2) и будет использоваться для различения состояния ML. Были представлены теоретические аспекты этой процедуры и ее первой экспериментальной реализации в Оливье и др. 7. В этой статье основное внимание будет уделено техническим аспектам процедуры, ее ограничения и ее преимущества.
Этот метод относительно прост в реализации и не требует сложных измерительных приборов для определения состояния ML и автоматизировать выравнивание лазера, чтобы получить ML. ККП регулируемые снаружи через программируемый интерфейс требуется. Различные ЧОК могут быть использованы в принципе: пьезоэлектрические соковыжималки, жидкий кристалл, волновые пластины во вращение двигателем, магнитооптических кристаллов или моторизованной цельноволоконный на основе PSC Oп сжатие и скручивание волокна 8. В этой статье используется последняя, все-волокна моторизованные Яо типа PSC. Для определения состояния поляризации дорогой коммерческий поляриметр может использоваться. Тем не менее, так как только значение первого параметра Стокса требуется, поляризационный расщепитель луча в комбинации с двумя фотодиодов будет достаточно, как показано в этой статье.
Все эти компоненты недороги для широко используемых эрбиевых волоконных лазеров. Контур обратной связи на основе этой процедуры можно найти ML в течение нескольких минут. На этот раз ответ подходит для большинства применений волоконных лазеров и сравнима с другими существующими методами. На самом деле, время отклика ограничена электроникой, используемых для анализа поляризации сигнала. Наконец, хотя эта процедура применяется здесь к эрбием волоконного лазера симиляритона 9, он может быть использован для любого волоконного лазера на основе НПР как только вышеупомянутого оборудования или его equivalenт становится доступным на длине волны, представляющей интерес.
Protocol
Representative Results
Discussion
Было показано, что можно автоматизировать мл NPR волоконных кольцевых лазеров с помощью петли обратной связи на основе измерений поляризации выхода. Для реализации этой задачи имеет решающее значение для вставки регулируемого PSC в полости. Выходной ответвитель полости должен быть расп…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить Christian Оливье и Филипп Кретьена за ценную помощь в отношении электроники, Éric Girard на Giga Concept Inc. для поддержки с моторизованным поляризационного контроллера, профессор Réal Vallée для получения кредита коммерческого поляриметре и профессор Мишель Piche для многих плодотворных дискуссий ,
Эта работа была поддержана Fonds де Recherche дю Квебек – Природа и технологии в (FRQNT), естественных и технических наук Научно-исследовательский совет Канады (NSERC) и Канады Летние работы.
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).
