Name: 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 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 18 s
Description: 学ぶ 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手法。出力偏光状態の変化を検出し、キャビティ内偏波制御器を整列させることで、リアルタイムでモードロック状態を達成する効率的なプロトコルを解説する。

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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。

1.電動PSCを含むファイバーMLファイバーレーザーの設定<ol><li>単一モードのエルビウム添加光ファイバ、980 / 1,550 nmの波長分割マルチプレクサ（WDM）、980 / 1,550 nmのWDM-1,550 nmのアイソレータハイブリッド成分50/50ファイバ結合器、光ファイバ偏光子、以下の成分を集めます電動式PSC、2の980nmレーザーポンプダイオード、99/1ファイバカプラおよび手動インラインPSC。 </li><li>希望のキャビティ設計に合うようにエルビウム添加光ファイバと他のすべてのファイバピッグテール成分をカットします。 注：提示自動化手順は、非線形偏光回転に基づいて、ファイバレーザに適しています。このようなソリトンレーザー延伸パルスレーザー、散逸ソリトンレーザーとsimilaritonレーザなどの異なるオペレーティング・レジームのために働く必要があります。後者のレジームは、この実験で使用されています。 </li><li>レーザ共振器を構築するには、図（ 図3に示す順序で空洞部品を結合するために、ファイバ融着接続機を使用します&lt;/強いです&gt;）。それぞれの融着接続を行う前に、きれいな繊維は、イソプロピルアルコールで終了し、ファイバ切断装置でそれらを切断します。 注：レーザーの内部構成要素は、リング共振器の時計回りの順に、980 / 1,550 nmのWDM、エルビウムドープファイバ、980 / 1,550 nmのWDMアイソレータハイブリッド成分50/50出力電動PSCありますカプラおよびファイバ偏光子。外付け部品は99/1ファイバカプラおよび手動インラインPSC（ステップ1.7と1.8で説明したように）です。 注：スプライスをキャビティの他のコンポーネントを使用して実行される前に、約30cmのファイバセグメントは、電動式PSCに挿入する必要があります。標準的なシングルモードファイバは機能しますが、それはコントローラのねじによる圧力に対してより耐性であり、したがって、長持ちしますので、ポリイミド被覆繊維の使用は、このセグメントのために推奨されます。 </li><li>融着接続機を使用してのWDMへの励起レーザダイオードに参加。ここでも、きれいな繊維は、イソプロピルアルで終了しますcoholと各融着接続を行う前に、繊維包丁でそれらを切断します。 </li><li>それぞれの温度コントローラと現在のドライバにレーザーダイオードを接続します。 </li><li>イントラキャビティ電動八尾型ファイバスクイーザのPSC（ 図4）は、その駆動モジュールに接続し、コンピュータのUSBポートに駆動モジュールを接続します。 メモ：コンピュータの「デバイスマネージャ」に示すように、このポートは、番号「COM4」によって識別されます。 </li><li>レーザーの出力では、50/50カプラのポートは99/1カプラスプライス、まだスプライシングされていない、すなわち 。 注：99％ポートが使用可能な出力です。 1％のポートは、自動化手順における偏光状態を監視するために使用されます。 </li><li> 1％ポートのファイバに沿っマニュアルPSCを挿入します。これを行うには、ネジを取り外し、PSCを開きます。適切なスロットに繊維を挿入した後、戻って自分の穴にネジを入れて、それらをねじ込みます。 </li><li>角度研磨繊維の共同スプライス（手動PSC後）1％ポートのファイバの終わりにnnector（APC）。清潔で繊維を切断するには、融着接続を実行する前に終了します。 </li><li>裸ファイバアダプタを用いた光スペクトラムアナライザ（OSA）を99％の出力を接続します。 注：後述するように、OSAに見られる光スペクトルは、レーザーがMLであるかどうかをチェックする別の方法を提供します。 </li><li>ポリイミドフィルムテープで適切にキャビティ内の全ての繊維およびコンポーネントを保護します。 注：繊維および構成要素は、テーブルが振動したり、ファンが空気を吹き付ける際にどのような条件の下で移動するのを防止する必要があります。ポリイミドフィルム、テープ、繊維の損傷を防ぐために使用されています。 </li><li>繊維がわずかに絞られ始めるまで、キャビティ内のPSCの圧力ネジを締めます。 </li><li>ポンプレーザダイオードをオンにして、レーザダイオードのメーカーによって指定されるようにそれらの最大値にその電流を調整します。 </li><li>機器の通信インタフェースを起動します。 「パーでipheralsとインタフェース」欄左側に、選択した「COM4」を。をクリックして「開くVISAテストパネル」。をクリックして「入力/出力」。そして、中」コマンドを選択するか入力し、「タイプ」SM、500,3000 n &quot;はそして「クエリ」ボタンをクリックします。これは、そうしながらPSCは。時計方向に0.1125°の3000段階によって回転するためのコマンド、PSCは、機械的停止に達します。 </li><li>そして「COM4」試験パネル、タイプ「N SM、500、-10」の「選択または入力します。コマンド」の「クエリ」ボタンをクリックします。 PSCは、その後、約1°反時計回りに回転します。 MLは、OSAの光スペクトルを見ることによって到達したかどうかを確認してください。光スペクトルの半値幅が数十ナノメートル（ 図5）のオーダーである場合MLに到達します。 MLに達した場合、複屈折および固定角度を維持し、1.18に進みます。 </li><li> MLに達していない場合は、MLまたは最大角度attaiのいずれかまで1.15を繰り返しますPSCとのNABLEに到達します。 </li><li> MLが発生する前に、PSCの最大角度に達した場合、わずかに圧力ネジを締めて、PSCの複屈折率を高め、MLを取得するために、必要に応じて繰り返して何回も1.14、1.15と1.16を繰り返します。 </li><li> MLに到達すると、セルフスタートにMLを可能にするそれらの最小値にポンプパワーを減少させます。 MLが失われるまで、これを行うには、ポンプパワーを減少させます。その後、MLは再び表示になります最小値に向かってゆっくりとそれらを持ち帰ります。ポンプの電源を切り、背面に再び自身でレーザモードロックをかどうかを確認します。 MLは安定しており、レーザーがオンになるたびに自己開始されます保証するために、ポンプ電力もう少しを増やします。 </li></ol> 2.出力信号の偏光を分析<ol><li>商業偏光に1％タップをリンクします。 </li><li> USBポートを使用してコンピュータに偏光計を接続します。 </li><li> 「COM4」試験パネル、TYの「選択または入力してコマンド」では、「N SM、500,3000を「PEと「クエリ」ボタンをクリックします。 </li><li>商用偏光制御ソフトウェアを実行し、「スタート」ボタンをクリックすることで、偏光測定を開始します。 </li><li>そして「COM4」試験パネル、タイプ「N SM、500、-10」の「選択または入力します。コマンド」の「クエリ」ボタンをクリックします。旋光偏光状態を観察します。 </li><li>繰り返し手順2.5キャビティ内PSCによって許可された角度の全範囲をカバーするために必要な回数。偏光状態を同時にOSAの光学スペクトルの幅を見て分かる​​ようにMLに到達した特定の角度を除い角度で非常に滑らかに変化することを観察します。 </li><li>繰り返し関数としてS 1、S 2およびS 3のパラメータストークスの値を記録するだけで偏光状態を監視するのではなく、2.6今回2.3手順PSCの角度のS（ 図6）。明らかにこれらの値を表示するには、ソフトウェアのメニューで「測定- →オシロスコープ」を選択し、S 1、S 2、S 3の平均値を探します。同時に光スペクトルを見て、レーザーがMLであるために角度を記録します。 </li></ol> 3.商業旋光測定を用いてPSCの位置​​合わせを自動化するためのフィードバックループを設定します<ol><li>コンピュータの電源を切ります。 </li><li>コンピュータのシリアルポート &quot;COM1&quot;に商業偏光計のシリアルポートを接続します。コンピュータと偏光を再起動します。 </li><li> 「COM1」と「COM4」を経由して電動PSCの制御を介して、偏光の読み取りを可能にするグラフィカルプログラミング言語インターフェース（GPLI）を起動します。 </li><li> GPLIでは、「ブランクVI」をクリックしてください。次に、「ウィンドウを選択→タイル左と右」。 注：画面には、2つの部分に分割されます。ブロックダイアグラムが右側に表示されます。別のアイコンに関連付けられたさまざまな機能を使用してスクリプトを作成するために使用されます。フロントパネルが左側に表示されています。コマンドスクリプトが実行されている測定結果を表示するために使用されます。 </li><li> GPLIのブロックダイアグラムウィンドウで、（ 図7参照 ）は、市販偏光計で使用するMLの自動化スクリプトを開発します。 注：このスクリプトは、偏光からS 1を読み込み、フィードバックを提供し、MLにつながるPSC角の適切な位置合わせに到達するために、その値を使用しています。 MLの検出は、角度が変化するようにS 1の変形例における不連続性を探索することにより達成されます。 注：「COM4」を介してPSCを制御するために使用されるコマンドは、ステップ2.3および2.5に提示されるものと同じです。 S 1を読み出すコマンド</「COM1」を経由して商用旋光上のサブ&gt; &quot;* SOP？ n&quot;はあります。 </li><li> 「保存→ファイル」をクリックして、スクリプトを保存し、「→」ボタンをクリックして実行します。 PSCは、それが進化するように、S 1の値を示し、MLに到達するまで、それは、約1度ずつ回転する、バックその機械的停止させます。 </li></ol> 4.初歩的な手製の偏光アナライザを構築<ol><li> GPIBインタフェースを使用してコンピュータにオシロスコープを接続します。 </li><li>光学ベンチ上に偏光ビームスプリッタキューブ（PBS）を置きます。 </li><li> PBS（ 図8）で3 FC / APC光ファイバポートコリメータを設定します。 注：ポートのいずれかが入力されます。他の2つは、信号のx軸とy軸偏光成分のための出力です。 </li><li>第一の出力にファイバピッグテールのInGaAs PINフォトダイオードを接続します。 </li><li>トランスimpedaにフォトダイオードを接続しますNCE回路（ 図9）。 </li><li>オシロスコープのチャンネル1に回路の電気出力を接続します。 </li><li>トランスインピーダンス回路をオンにします。 </li><li> 「SOU CH1：IMM MEASU; &quot;GPLIでは、コマンドを使用して、GPIB接続を介してオシロスコープのチャンネル1の電圧の平均値を読み取りますオシロスコープのチャネル1を選択し、「MEASU：IMM：平均TYPE; &quot;平均電圧であると測定を定義するには、「MEASU：IMM：？VAL &quot;値と最終的に取得する」：IMM：MEASU？UNIを」測定単位を取得します。 「保存→ファイル」をクリックして、スクリプトを保存し、「→」ボタンをクリックして実行します。 </li><li> PBSの入力ポートでレーザーの1％の出力を接続し、任意のポンプパワーでレーザーをオンにします。これは、入力に1,550 nmの光信号を送信します。 </li><li>第一の出力の平均電圧を測定します。次に、ファイバピッグテールフォトダイオードを外して交換それ商用電源メーターによって。この出力で光パワーを測定します。 </li><li>繰り返しステップ4.10入力光信号のパワーを変化させています。電圧は、光パワーに対して直線的に変化すべきです。この直線関係の係数を求めます。 注：この関係は、測定された電圧からP xを得るために、ステップ4.20において使用されます。 </li><li> PBSの第二の出力に第ファイバピッグテールのInGaAs PINフォトダイオードを接続します。 </li><li>第二のトランスインピーダンス回路にフォトダイオードを接続します。 </li><li>オシロスコープのチャネル2に回路の電気出力を接続します。 </li><li>トランスインピーダンス回路をオンにします。 </li><li> 「SOU CH2：IMM MEASU; &quot;GPLIでは、コマンドを使用して、GPIB接続を介してオシロスコープのチャネル2の電圧の平均値を読み取りますオシロスコープのチャネル2を選択し、「MEASU：IMM：平均TYPE; &quot; IMM：VAL平均電圧、「MEASUであることが測定を定義するには？4;値と最終的に取得する」：IMM：MEASU？UNIを」測定単位を取得します。 「保存→ファイル」をクリックして、スクリプトを保存し、「→」ボタンをクリックして実行します。 </li><li>任意のポンプパワーでレーザーをオンにします。 </li><li>第二の出力の平均電圧を測定します。次に、ファイバピッグテールフォトダイオードを切断し、商用電力計でそれを置き換えます。この出力で光パワーを測定します。 </li><li>繰り返しステップ4.18入力光信号のパワーを変化させています。電圧が光パワーに比例して変化することを確認します。 注：この直線関係の係数を検索します。この関係は、測定された電圧からP yを得るために、ステップ4.20において使用されます。 </li><li> P yを測定するための第2の検出器を設定した後、（S 1 =のように定義された最初のストークスパラメータS 1を計算するためにGPLIを使用<eM&gt; P のx - P Y）/（Pの X + P yを ）。自家製の初歩的な偏光アナライザを使用する準備が整いました。 </li></ol> 5.自動化プロセスに自家製の偏光アナライザによって商業旋光の交換<ol><li> （ステップ4.9で行われたように）自家​​製の偏光アナライザの入力へのレーザの1％の出力を接続します。 </li><li> （代わりに商業偏光計の）自家製の偏光アナライザを使用して、ステップ2.7を繰り返して、PSC（ 図10）の角度の関数として最初のストークスパラメータS 1を測定します。自動的に各ステップで更新S 1グラフを観察します。 MLが発生したときに（商業偏光を使用しながら、このような場合は）、S 1の値の不連続ジャンプを確認します。 注：このタスクのオートマットを実行するためにGPLIスクリプトを使用します的には。このスクリプトは（コマンドを使用して&quot;SM、500を、-10 n&quot;は&quot;COM4&quot;に送信された）1°のステップによってPSCの角度を変化させるループに基づいて、自家製のS 1の値を読み出しれます各ステップでの偏光アナライザ。 </li><li> 、ように3.5で開発されたスクリプトを修正代わりに商業偏光によって与えられた値を使用するのではなく、自家製の偏光アナライザからP xおよびP yを取得し、S 1 =（P のx -P y）を計算する/（P X + Pの Y）。 </li><li> 3.6工程と同様の方法で自動的にレーザーをmlに自家製の偏光アナライザに基づいて新しいスクリプトを使用してください。 </li></ol>

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</ol>

著者らは、開示することは何もありません。

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を見つけることができるように、PSCの複屈折は、事前に調整されなければならないとポンプパワーは、キャビティ内の単一パルスを取得し、発生する可能性があります競合する体制の数を最小限にするために、単一パルスのMLの近くにしきい値を設定する必要があります。 ML政権は、特定の方向の角度は、実験中に常に同じであった掃引することにより、自動的に見つかった理由を説明します。 MLを検出するための出力で測定されたパラメータは、S 1です。このパラメータは、キャビティ内のPSCの角度は、SWであるように連続的に変化しますEPT。これに対する唯一の例外は、MLに到達したとき、S 1</...

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。

<table><tbody><tr><td>ベアファイバーアダプター</td><td>Bullet</td><td>NGB-14</td><td></td></tr><tr><td>ドロップイン偏光コントローラー</td><td>ゼネラル・フォトニクス</td><td>ポラライトPLC-006</td><td>手動偏光コントローラー。</td></tr><tr><td>DSPインライン偏光計</td><td>ゼネラル・フォトニクス社</td><td>POD-101D PolaDetect</td><td>偏光計(USB/シリアルコンピュータ接続付き)</td></tr><tr><td>ファイバークリーバー</td><td>Fitel</td><td>S323</td><td></td></tr><tr><td>FiberPort</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>PAF-X-2-C</td><td></td></tr><tr><td>固定ファイバー間カプラーベンチ</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>FBC-1550-APC</td><td>任意の光学ベンチを使用できます。3ウェイベンチはさらに良いでしょう。</td></tr><tr><td>融着接続機</td><td>フジクラ</td><td>FSM-40PM</td><td></td></tr><tr><td>高分解能全ファイバ偏波コントローラ</td><td>ギガコンセプト</td><td>GIG-2201-1300</td><td>USBコンピュータ接続を備えた全繊維電動偏光コントローラ。</td></tr><tr><td>InGaAs PIN PDモジュール</td><td>Optoway</td><td>PD-1310</td>ピ<td>ッグテールフォトダイオード。</td></tr><tr><td>計測器通信インタフェース</td><td>ナショナルインスツルメン</td>ツ <td>NI MAX</td><td>ナショナルインスツルメンツのドライバ(NI-VISA、NI-DAQmx、など)</td></tr><tr><td>オペアンプ</td><td>テキサスインスツルメンツ</td><td>TLO81ACP</td><td></td></tr><tr><td>光パワーメータ</td><td>ニューポート</td><td>818-IS-1、1835-C</td><td></td></tr><tr><td>光スペクトラムアナライザ</td><td>アンリツ</td><td>MS9710C</td><td></td></tr><tr><td>オシロスコープ</td><td>Tektronix</td><td>TDS2022</td><td>GPIBコンピュータ接続を備えたオシロスコープ。</td></tr><tr><td>偏光ビームスプリッターモジュール</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>PSCLB-VL-1550</td><td></td></tr><tr><td>ポリイミドフィルムテープ3M</td><td></td><td>5413</td><td>繊維を傷つけずにテーブル上のコンポーネントを固定するためのテープ。</td></tr><tr><td>グラフィカルプログラミング言語インタフェース(GPLI)</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW</td><td>インタフェースにより、Gプログラミング言語でプログラミングし、実験装置と通信できます。</td></tr><tr><td>偏光計制御ソフトウェア</td><td>General Photonics Corp.</td><td>PolaView</td><td>には、偏光計General Photonics POD-101Dが付属しています。</td></tr></tbody></table>

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

Automation of Mode Locking in a Nonlinear Polarization Rotation Fiber Laser through Output Polarization Measurements

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。

NPRのモードロックファイバレーザは、Qスイッチパルス10、コヒーレントMLパルス、ノイズのようなパルス、MLパルスの束縛状態、MLパルス11を相互作用の高調波MLや複雑な構造のような脈動体制の多種多様を提供することが知られています。 PSCの複屈折は、MLを得ることができるように固定した後、ここに記載のレーザでは、ポンプ電力は、比較的単一パルスMLの閾値付近になるように調整しました。そうすることで、競合する計画の数を最小限に抑えました。このポンプパワーとPSCの角度に応じてでは、レーザーは異なる体制（ 図5）が、無マルチパルス体制を発表しました。ノイズのようなパルス12,13が原因標準的な単一のMLパルスが検出された後は一定に保たれた空洞繊維の調整前に回避されました。実際には、キャビティ設計は、あまりにもその点ではおそらく重要であるが、この点は時間徹底的に調査しませんでしたERE。その結果、唯一残っている政権は、連続波放射（CW）、Qスイッチ放射および単一コヒーレントパ...

事前に調整された非線形偏光回転ファイバーレーザーのモードロックを検出し、自動化するプロトコルが提示されます。モードロックが発生したときに出力偏光状態が急激に変化したことを検出することで、キャビティ内偏光コントローラのアライメントを指令し、モードロック条件を検出します。

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a ...

この手順の全体的な目的は、あらかじめ調整された非線形偏光回転ファイバーレーザーにおいて、モードロックの自動検出を行うことです。本手順は、RFスペクトラムアナライザ、光スペクトラムアナライザ、非線形検出スキーム、またはパルス計数装置に基づいた既存の自動化手順に代わる手法を提供します。主な利点は、比較的安価であること、実装が容易であること、そしてモニタリングのために分波する必要のあるレーザー出力がごくわずかであることです。このアニメーションでは、非線形偏光回転に基づくモード同期の概念を示しています。信号は偏光子によって偏光され、その後、偏光コントローラーによって楕円偏光状態に変換されます。共振器内のファイバーにおける現在の非線形性により、この楕円の回転が強制され、その回転は信号の瞬時パワーに比例します。したがって、最終偏光子での透過により、信号の高出力部分の透過が促進され、パルスの形成につながります。最終偏光子の直前に偏光解析計を配置することで、偏光状態を識別し、共振器内でのパルス検出が可能になります。これは、共振器を1往復する間に、パルスが連続波信号よりも大きな非線形偏光回転を起こすためです。最初のステップは、安定したプラットフォーム上にファイバーレーザーシステムを構築することです。まず、本実験の中核となるレーザーリング共振器を光学定盤上に設置します。この概略図は、構成を把握するための概要を示しています。光は時計回りに伝播します。セットアップを理解するために、まずは偏光子から説明します。ここではファイバーピグテール付き偏光子を使用しています。これは、全ファイバ製電動YAW型偏光状態コントローラに挿入されたポリイミド被覆ファイバのセクションと融点接合されています。自動化手順において、このコンポーネントの存在は不可欠です。偏光コントローラの後に、976 nanometerのレーザーダイオードで励起される980/1550 nanometer波長分割多色 multiplexer を配置します。次に、利得媒質であるシングルモードエルビウムドープ光ファイバーに光を通過させます。ここに示すように、ポンプ光が導入されると、エルビウムドープファイバーは緑色に発光します。このエルビウムドープファイバーは、ハイブリッド980/1550ナノメートル波長分波器および1550ナノメートルアイソレータと融着接続されています。これは2番目のレーザーダイオードによって励起されます。共振器ループの最後の要素は50-50出力結合器であり、偏光子の直前に配置する必要があります。偏光解析器はこの結合器から入力を受けるため、共振器出力結合器の位置は非常に重要です。非線形偏光回転の効果を最大化するために、偏光子の直前に配置する必要があります。共振器からの出力は99:1のスプリッターに送られ、99%が有効な出力となります。残りの1%は手動偏光コントローラーを通り、自動モードロックのためのフィードバックとして利用されます。次のステップは、電動偏光コントローラーをコンピュータコントローラーに接続することです。まず、共 cavity 内部ファイバースクイーザーの偏光コントローラーを駆動モジュールに接続します。次に、駆動モジュールをコンピュータのUSBポートに接続します。ベンチ上のレーザー出力ファイバーに戻り、99%出力を選択します。ベアフィットアダプターを使用して、99%出力を光スペクトラムアナライザーに接続します。ポンプレーザーの電源を入れ、コンピューターへ移動して装置のインターフェースを起動します。インターフェースを使用して、偏光コントローラーに時計回りに3000ステップ回転させるよう指示します。回転中、コントローラーはメカニカルストップに到達します。次に、偏光コントローラーに反時計回りに約1度回転させるよう指示します。光スペクトラムアナライザでスペクトラムを観察し、モードロックに達したかを確認します。これらのスペクトラムは、モードロック状態、準連続波（quasi-continuous）状態、およびQスイッチ状態を代表するものです。準連続波およびQスイッチ状態と比較して、モードロック状態のスペクトラムは非常に広帯域になります。偏光コントローラーを1度ずつ反時計回りに回転させます。モードロックに到達したら、角度を固定して次へ進んでください。この時点で、ポンプ光パワーの閾値の探索準備を整えます。モードロックが解除されるまでポンプ出力を下げます。次に、モードロック閾値のわずかに上までポンプ出力を上げます。モードロックスペクトルを確認した後、レーザーの電源を一度切り、再度入れて、レーザーが自励的にモードロックすることを確認します。モードロック状態を確認するために、スペクトラムアナライザーからファイバーを切り離します。ファイバーを高速フォトダイオードのセットアップに接続し、オシロスコープに信号を表示させます。モードロック状態では、繰り返し周波数が約82 MHzのパルス列が生成されます。次のステップは、レーザー出力の偏光分析の準備をすることです。そのためには、ポラリメーターとも呼ばれる市販の偏光分析器を使用し、1%タップからのファイバーを入力してください。本実験における最終的な装置構成はこの概略図に示されています。コンピュータで偏光解析装置を制御できます。コンピュータを使用して、偏光コントローラをメカニカルストップまで移動させ、ポラリメータソフトウェアを停止させます。この時点で、光スペクトラムアナライザには非モードロック状態のスペクトラムが表示されます。ポラリメーターのソフトウェアで、スタートボタンをクリックして偏光測定を開始します。偏光コントローラーを反時計回りに1度ずつ段階的に動かします。キャビティ間偏光コントローラーで調整可能な角度範囲を探索しながら、ポラリメーターのソフトウェアを用いて偏光状態を観察します。モードロックの証拠が得られるまで、角度の探索を続けてください。モードロックに達した箇所以外では、偏光が角度に対して非常に緩やかに変化することに注意してください。スペクトラムアナライザーでスペクトルを観察し、モードロックの特徴的なシグネチャーが明確に現れていることを確認します。コンピュータに戻り、操作を続けます。再び、偏光コントローラーを回転しなくなるまで時計回りに回します。ポラリメーターのソフトウェアで、角度の関数としてストークスパラメータをモニターする準備をします。ここでは、上から下に向かってS 0からS 3の順に並んでいます。S 1、S 2、およびS 3の値を記録および観察しながら、偏波コントローラーの角度を1度刻みで変化させます。モードロックへの移行が起こると、S 1が急激に変化することがわかります。グラフィカルプログラミング言語を用いて、モード同期条件を自動的に検出するスクリプトを作成します。このスクリプトのロジックはこのフローチャートに示されています。基本的には、スクリプトは偏光状態コントローラをメカニカルストップの位置から開始し、各ステップでポラリメータからS1の値を読み取りながら、角度を1度ずつ増加させます。S1の値が1ステップであらかじめ設定されたしきい値の0.3を超えて増加した時点で、モードロックが達成されたと考えられるため、スクリプトは停止します。次に、スクリプトを実行してください。このバージョンのスクリプトでは、角度の増加に伴うストークスパラメータS1の変化が表示されます。角度スイープが始まるとき、レーザーはモードロックされていません。偏光コントローラーが回転するにつれて、S1の値とレーザーの光スペクトルが変化します。スクリプトが終了すると、広帯域な光スペクトルからわかるように、モードロックが達成されます。次のステップは、市販のポラリメーターの代わりとなる装置を作製することです。GPIBインターフェースを介してコンピューターに接続されたオシロスコープを使用します。次に、代用ポラリメーターの光学部品について説明します。中心に偏光ビームスプリッターがあり、3つのFC-APCファイバー opticポートコリメータと整列されています。光は上部のポートからビームスプリッターに入射されます。垂直偏光した光は右側のポートからシステム外へ出射されます。水平偏光した光がボトムポートから出力されます。偏光解析器についても、2つの同一な電子回路を製作する必要があります。ここでは、2つのトランスインピーダンス増幅回路を同一のユニバーサル基板上に配置しています。個々の回路のレイアウトはこの図に示されています。まず、インジウムガリウム砒素フォトダイオードが1550 nanometerの信号を検出します。このフォトダイオードは、演算増幅器、抵抗器、およびコンデンサに接続されています。回路の出力はオシロスコープに接続されており、平均光出力の測定値を提供します。実験台で、ビームスプリッターの出力を回路に接続し始めてください。まず、一方の出力をインジウムガリウムアルセナイドフォトダイオードに接続します。次に、トランスインピーダンス増幅回路の出力をオシロスコープのチャンネル1に接続します。オシロスコープとトランスインピーダンス増幅回路の電源を入れます。市販の偏光計からレーザーの1%出力を取り外します。出力を偏光ビームスプリッターの入力ポートに接続します。任意のポンプ出力でレーザーをオンにし、1550 nanometerの光信号を送出します。コンピュータ上でスクリプトを実行し、オシロスコープのチャンネル1の平均電圧を読み取ります。偏光アナライザーの光学素子に戻ります。偏光ビームスプリッターの出力をフォトダイオードから切り離します。代わりに、ビームスプリッターの出力を市販のパワーメーターに接続します。このポンプパワーにおける光パワーを読み取り、記録します。次に、入力光信号のパワーを変化させながら、平均電圧と光パワーを測定します。数回の測定後、電圧対パワーのプロットは線形になるはずです。この線形関係の係数を決定します。ビームスプリッターの2番目の出力についても同様の手順を行い、最終的な偏光解析装置のセットアップを完了させます。垂直偏光出力と水平偏光出力は、ともに増幅回路に接続されています。各回路には専用のオシロスコープチャネルがあり、コンピュータで読み取られます。次に、新しい偏波解析器を自動モードロックプロセスに組み込みます。偏波コントローラの角度の関数としてストークスパラメータS1の不連続性を探索するために作成されたスクリプトを開いてください。これを変更するには、装置からS1を決定する方法を変更するだけで済みます。このアナライザーでは、以下の式を用いてS1を算出します。電力値PXおよびPYは、各偏光における電圧と電力の間に測定された線形関係から求められます。完了したら、スクリプトを開始します。このバージョンのスクリプトでは、角度が増加するにつれてストークスパラメータ S1 がどのように変化するかが表示されます。角度走査が開始される時点では、レーザーはモード同期されていません。偏光コントローラーが回転するにつれて、S1の値とレーザーの光スペクトルが変化します。スクリプトが終了すると、広い光スペクトルからわかるように、モード同期が達成されます。これは、電動偏光状態コントローラーの角度に対するストークスパラメータS1の典型的なプロットです。S1は、非市販の偏光解析計で測定されたパワー値を用いて算出されます。レーザーがモードロック状態に達すると、急激な変化が生じます。不連続点において偏光コントローラーの角度変更を停止するように記述された自動スクリプトを使用することで、数分以内にモードロックを見つけることができます。この手順により、数分以内にモード同期させることが可能です。本手法の導入はレーザー共振器の設計に影響を与えず、出力信号のわずか1%をモニタリングするだけで済むため、残りの99%を目的のアプリケーションに使用できます。この手順でレーザーパラメータを適切に動作させるには、マルチパルスやノイズ状パルスなどの望ましくない動作領域を避けるため、ポンプ出力や偏光コントローラの複屈折を事前に適切に調整する必要があります。この手順を異なるレーザー設計や動作波長に適用できるか検討するためには、さらなる研究が必要です。この手順は、起動時にモード同期が自動的に起こることが期待される商用ファイバーレーザーシステムで利用可能であると考えています。

automation-mode-locking-nonlinear-polarization-rotation-fiber-laser

Research

JoVE Journal

Engineering

工学

我々は、新規導波メカニズムとして横アンダーソン局在を使用無秩序ポリマー光ファイバを開発し、特徴づける。この微細構造光ファイバは、従来の光ファイバのビーム半径に匹敵する半径の小さなローカライズビームを輸送することができる。...

ライトの横アンダーソン局在のために無秩序ポリマー光ファイバの作製と評価

私たちは、溶液中の単一分子を検出できるFrequency Locking Optical Whispering Evanescent...

マイクロトロイドの光共振器を用いたラベルフリー単一分子検出

この作業は、ホログラフィックビデオのための異方性リーキーモード変調器の製造と特性評価について説明しています。...

Holovideoための異方性漏洩モードモジュレーターのキャラクタリゼーション

高解像度のクーロン爆発イメージングセットアップを使用して、分子回転波パケットのリアルタイムムービーを作成するためのプロトコルを提示します。...

レーザー駆動の超高速分子回転のダイレクトイメージング

シリコンフォトニックチップは、複雑な集積量子系を実現する可能性を秘めています。ここで提示され、量子測定用シリコンフォトニクスチップを調製し、試験するための方法です。...

シリコンリング共振器光子源における量子干渉の測定

私たちは、クロスビーム光学ダイポールトラップで超低温のフェルミガスを冷却するパラメトリック駆動方法を提示します。この方法は、トラップ電位の非調和成分と共鳴する周波数でトラップ深度を定期的に変調することにより、トラップから高エネルギー原子を選択的に除去します。...

定期駆動することによって光学的に閉じ込められた超低温フェルミガスを冷却

単相要素を使用してレーザー光の複雑なフィールドをエンコードする方法を示します。位相空間光変調光イメージング システムの出力で目的の複雑なフィールド...

位相空間光変調を用いた振幅とレーザー光の位相を形成

複数の量子干渉効果に基づく無条件偏波光子を生成するための光学系を検出スキームで説明し、発生した絡み合った光子の実験忠実度を推定する。...

複数の量子干渉に基づく無条件偏波絡み合った光子を生成するフォトニックシステム

フォトニックバンド構造により、限られた電磁モードがフォトニック結晶内でどのように伝播するかを理解できます。磁気元素を組み込んだフォトニック結晶では、このような閉じ込め光モードや共振光学モードには、光磁気活動の増強と改質が伴います。フーリエ空間顕微鏡により光磁気バンド構造を抽出する測定手順について説明する。...

フォトニックナノ構造のスペクトルと角度分解磁気光学特性

多光子顕微鏡、内視鏡検査、光医学における潜在的な応用のためのカスタム低コスト、モードロックフェムト秒ファイバーレーザーを構築する方法が提示されています。このレーザーは市販の部品および基本的なスプライシング技術を使用して造られる。...

多光子顕微鏡用全常常分散フェムト秒ファイバーレーザーの低コストカスタム製造とモードロック動作

ここで提示される真空窓の複屈折を測定する方法は、ドップラーがイオントラップで25Mg+イオンを冷却して放出する蛍光度+を最大化することによって行う。真空窓の複屈折は、レーザーの偏光状態を変化させるため、外部波板の方位角を変えることで補正することができます。...

25Mg+蛍光を用いた真空窓複屈折のSitu測定

学ぶ 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手法。出力偏光状態の変化を検出し、キャビティ内偏波制御器を整列させることで、リアルタイムでモードロック状態を達成する効率的なプロトコルを解説する。

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

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