Automatisering av Läge Låsning i en Nonlinear polariseringsrotation Fiber Laser genom utgångs Polarisering Mätningar

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

När en laser är modlåst, sänder den ut ett tåg av ultrakorta pulser med en repetitionsfrekvens som bestäms av laserkaviteten längd. Denna artikel beskriver en ny och billigt förfarande för att tvinga läge låsning i en pre-justerade icke-linjär polarisation rotation fiberlaser. Detta förfarande är baserat på detektering av en plötslig förändring i utgångs polarisationstillståndet när läge låsning uppstår. Denna förändring används för att styra inriktningen av intrakavitetsapplikatorn polarisering controller för att hitta modlåsning förhållanden. Mer specifikt, värdet av den första Stokes-parametern varierar när vinkeln för polarisation controller sveps och dessutom genomgår det en abrupt variation när lasern övergår till läget-låsta tillståndet. Övervakning denna abrupt variation ger en praktisk lätt att upptäcka signal som kan användas för att styra inriktningen av polariseringsstyrenhet och driva lasern mot läget låsning. Denna övervakning uppnås genom att mata en liten delav signalen till en polarisationsanalysator mätning av första Stokes-parametern. En plötslig förändring i läs ut ur denna parameter från analysatorn kommer att uppträda när lasern övergår till läget-låsta tillståndet. I detta ögonblick, är den erforderliga vinkeln för polarisation controller hålls fast. Uppriktningen är klar. Detta förfarande ger ett alternativt sätt att befintliga automatisera förfaranden som använder utrustning såsom en optisk spektrumanalysator, en RF-spektrumanalysator, en fotodiod kopplad till en elektronisk pulsräknare eller en icke-linjär detekteringssystemet baserat på två-foton absorption eller andra harmoniska generationen. Den är lämplig för lasrar läget låst genom icke-linjär polarisation rotation. Det är relativt lätt att genomföra, det kräver billiga medel, speciellt vid en våglängd av 1550 nm, och den sänker produktion och drift kostnader i jämförelse med de ovan nämnda teknikerna.

Introduction

Syftet med denna artikel är att presentera ett inriktningsförfarande automatisering för att få läge låsning (ML) i icke-linjär polarisation rotation fiberlasrar. Detta förfarande är baserat på två viktiga steg: att detektera ML regimen genom att mäta polarisationen hos utsignalen från lasern och sedan sätta upp en själv start kontrollsystem för att komma till ML.

Fiberlasrar har blivit ett viktigt verktyg i optik nuförtiden. De är en effektiv källa för koherent nära infrarött ljus och de är nu sträcker sig in i mitten av infraröda delen av det elektromagnetiska spektrumet. Deras låga kostnad och användarvänlighet har gjort dem ett attraktivt alternativ till andra källor för koherent ljus såsom solid-state lasrar. Fiberlasrar kan också ge ultrakorta pulser (100 fsec eller mindre) när en ML mekanism är insatt i fiber hålighet. Det finns många sätt att utforma detta ML mekanism såsom icke-linjära loop speglar och mätt absorbatorer. En av dessa, ofta används feller dess enkelhet, är baserad på icke-linjär polarisation rotation (NPR) av signalen ^1,2. Den använder det faktum att polarisationen ellips av signalen undergår en rotation som är proportionell mot dess intensitet när den utbreder sig i fibrerna i laserkaviteten. Genom insättning av en polarisator i kaviteten leder detta NPR till intensitetsberoende förluster under tur av signalen.

Lasern kan sedan tvingas att ML genom styrning av polarisationstillståndet. I själva verket kommer hög effekt delar av signalen utsättas för lägre förluster (Figur 1) och detta så småningom kommer att leda till bildandet av ultraljuspulser när lasern är påslagen och startar från en låg effekt brusig signal. Emellertid är nackdelen med denna metod att polarisationstillståndet controller (PSC) måste vara korrekt inriktade för att få ML. Vanligtvis, en operatör finner ML manuellt genom att variera positionen av PSC och analysera utsignalen från lasern med en snabb photodiode, en optisk spektrumanalysator eller en icke-linjär optisk auto-korrelator. Så snart som utsläpp av pulser upptäcks stannar operatören att variera positionen för PSC eftersom lasern är ML. Självklart får lasern att själv starta automatiskt leder till en viktig vinst i effektivitet. Detta är särskilt sant när lasern är föremål för störningar ändra inriktningen eller kaviteten konfigurationen eftersom operatören måste gå genom inriktningsförfarandet och om igen. Under det senaste decenniet har olika förfaranden föreslagits för att uppnå detta automatisering. Hellwig et al. ³ används piezoelektriska squeezers att styra polarisering i kombination med en fullständig analys av polarisationstillståndet hos signalen med en all-fiber division-of-amplitud polarimeter att upptäcka ML. Radnarotov et al. ⁴ används flytande kristallplattan PSC med en analys baserad på RF-spektrumet för att upptäcka ML. Shen et al. ⁵ används piezoelektriska squeezersatt styra polarisering och en fotodiod / höghastighetsräknarsystem för att upptäcka ML. Mer nyligen, var en strategi baserad på en evolutionär algoritm presenteras i vilken detekterings tillhandahålls av en hög bandbredd fotodiod i kombination med en intensimetric andra ordningens autokorrelator och en optisk spektrumanalysator. Styrningen utförs sedan med två elektroniskt drivna PSC inuti håligheten ^6.

Den här artikeln beskriver ett innovativt sätt att upptäcka ML och dess tillämpning på en automatiseringsteknik tvinga fiberlasern till ML. Detekteringen av ML av lasern uppnås genom att analysera hur den utgående polarisationstillståndet hos signalen varierar som vinkeln till PSC sveps. Såsom kommer att visas, är övergången till ML associerad med en plötslig förändring i polarisationstillståndet detekterbar genom att mäta en av de Stokes parametrarna för utgångssignalen. Det faktum att en puls är intensivare än en CW-signal och kommer att genomgå en viktigare NPR expLains denna förändring. Eftersom utsignalen från lasern omedelbart belägen före polarisatorn i kaviteten, skiljer sig från den polarisationstillståndet hos en CW-signal (Figur 2) polarisationstillståndet hos en puls på denna plats och kommer att användas för att diskriminera ML-tillstånds. Teoretiska aspekter av detta förfarande och dess första experimentella genomförande presenterades i Olivier et al. ^7. I denna artikel kommer tyngdpunkten att ligga på de tekniska aspekterna av förfarandet, dess begränsningar och dess fördelar.

Denna teknik är relativt enkel att implementera och inte kräver avancerade mätinstrument för att detektera ML-tillstånds och automatisera inriktningen av laser för att få ML. En PSC justeras externt genom ett programmerbart gränssnitt krävs. Olika PSC kan användas i princip: piezoelektriska pressar, flytande kristall, våg-plattorna roteras av en motor, magneto-optiska kristaller eller en motoriserad all-fiber PSC baserad on klämma och vrida fibern ^8. I den här artikeln, den senare används, en all-fiber motoriserade Yao-typ PSC. För att detektera polarisationstillståndet en dyr kommersiell polarimeter kan användas. Eftersom det krävs endast värdet av den första Stokes parametern kommer en polariserande stråldelare i kombination med två fotodioder vara tillräcklig som visas i den här artikeln.

Alla dessa komponenter är billiga för de allmänt använda erbiumdopade fiberlasrar. En återkopplingsloop baserad på detta förfarande kan hitta ML i ett par minuter. Svarstiden är lämplig för de flesta tillämpningar av fiberlasrar och är jämförbar med andra befintliga tekniker. I själva verket är svarstiden begränsad av den elektronik som används för att analysera polarisationen hos signalen. Slutligen, även om förfarandet tillämpas här för att en similariton ⁹ erbiumdopad fiberlaser, det skulle kunna användas för något NPR baserade fiberlaser så snart som den ovan nämnda utrustningen eller dess equivalent blir tillgänglig vid våglängden av intresse.

Protocol

1. Installera en Fiber ML Fiber Laser Inklusive en motoriserad PSC Samla följande komponenter: en single-mode erbiumdopad fiber, en 980/1550 nm våglängd division multiplexer (WDM), en 980/1550 nm WDM-1550 nm isolatorhybridkomponent, en 50/50 fiberkopplare, en fiber polarisator, en motoriserad PSC, två 980 nm laserpumpdioderna, en 99/1 fiberkopplare och en manuell inline PSC. Skär erbiumdopad fiber och alla andra fiber pigtailed komponenter för att passa med den önskade cavity design. O…

Representative Results

NPR modlåsta fiberlasrar är kända för att ge en stor variation av puls regimer som Q-switchade pulser 10, sammanhängande ML pulser, brusliknande pulser bundna tillstånd av ML pulser, harmoniska ML och komplexa strukturer att interagera ML pulser 11. I lasern som beskrivs här, efter dubbelbrytningen av PSC fastställdes att kunna få ml, pumpeffekten justeras för att vara relativt nära tröskeln för en enstaka puls ML. Därigenom har antalet konkurrerande r…

Discussion

Det har visats att det är möjligt att automatisera ML av NPR fiberringlasrar med hjälp av en återkopplingsloop baserad på utgångspolariseringsmätningar. För att förverkliga denna uppgift är det viktigt att sätta in en justerbar PSC i kaviteten. Utgångskopplaren av hålrummet skall vara placerad precis före polarisatorn för att kunna se en skillnad mellan polarisationstillståndet hos en CW-signal och en pulssignal (Figur 2). Dubbelbrytningen av PSC måste i förväg justeras så att ML kan…

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.