Name: Automatyzacja blokowania trybów w laserze światłowodowym z rotacją polaryzacji nieliniowej poprzez pomiary polaryzacji wyjściowej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 18 s
Description: Poznaj metodę automatyzacji blokowania trybów w laserze światłowodowym z rotacją polaryzacji nieliniowej poprzez pomiary polaryzacji wyjściowej. Protokół ten jest prosty, niedrogi i wymaga tylko ułamka sygnału wyjściowego do monitorowania.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Autorzy chcieliby podziękować Christianowi Olivierowi i Philippe'owi Chrétienowi za cenną pomoc dotyczącą elektroniki, Éricowi Girardowi z GiGa Concept Inc. za wsparcie przy zmotoryzowanym kontrolerze polaryzacji, profesorowi Réalowi Vallée za wypożyczenie komercyjnego polarymetru i profesorowi Michelowi Piché za wiele owocnych dyskusji.
Ta praca była wspierana przez Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FRQNT), Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) oraz Canada Summer Jobs.

1. Konfiguracja lasera światłowodowego ML z napędem PSC
<ol>
	<li>Zbierz następujące elementy: jednomodowe włókno domieszkowane erbem, multiplekser z podziałem długości fali 980/1,550 nm (WDM), hybrydowy komponent izolacyjny 980/1,550 nm WDM-1,550 nm, łącznik światłowodowy 50/50, polaryzator światłowodowy, zmotoryzowany PSC, dwie diody pompy laserowej 980 nm, łącznik światłowodowy 99/1 i ręczny wbudowany PSC.</li>
	<li>Wytnij włókno domieszkowane erbem i wszystkie inne elementy z warkoczykami z włókna, aby pasowały do pożądanego projektu wnęki. 
	UWAGA: Przedstawiona procedura automatyzacji jest odpowiednia dla laserów światłowodowych opartych na nieliniowej rotacji polaryzacyjnej. Powinien działać w różnych reżimach operacyjnych, takich jak laser solitonowy, laser o rozciągniętym impulsie, rozpraszający laser soliton i laser podobny. Ten ostatni reżim jest używany w tym eksperymencie.</li>
	<li>Aby zbudować wnękę lasera, użyj spawarki światłowodowej, aby połączyć elementy wnęki w kolejności pokazanej na schemacie (Rysunek 3). Przed wykonaniem każdego spawu należy oczyścić końce włókien alkoholem izopropylowym i rozciąć je tasakiem do włókien. 
	UWAGA: Wewnętrznymi elementami lasera są, w kolejności zgodnej z ruchem wskazówek zegara we wnęce pierścieniowej, zmotoryzowany PSC, WDM 980/1,550 nm, światłowód domieszkowany erbem, hybrydowy komponent izolatora WDM 980/1,550 nm, łącznik wyjściowy 50/50 i polaryzator światłowodowy. Komponenty zewnętrzne to łącznik światłowodowy 99/1 i ręczny wbudowany PSC (jak omówiono w krokach 1.7 i 1.8). 
	UWAGA: Segment światłowodowy o długości około 30 cm musi zostać włożony do zmotoryzowanego PSC przed wykonaniem spawów z innymi elementami wnęki. Chociaż standardowe światłowód jednomodowy będzie działał, w tym segmencie zaleca się stosowanie włókna pokrytego poliimidem, ponieważ jest ono bardziej odporne na nacisk wywierany przez sterownika, a tym samym wytrzyma dłużej.</li>
	<li>Połącz diody laserowe pompy z WDM za pomocą spawarki. Ponownie oczyść końce włókien alkoholem izopropylowym i rozetnij je tasakiem do włókien przed wykonaniem każdego spawania.</li>
	<li>Podłącz diody laserowe do odpowiednich regulatorów temperatury i sterowników prądu.</li>
	<li>Podłącz zmotoryzowaną wyciskarkę światłowodową typu Yao PSC (Rysunek 4) do jej modułu sterującego, a następnie podłącz moduł sterujący do portu USB komputera. 
	UWAGA: Ten port jest identyfikowany przez numer "COM4", jak pokazano w "Menedżerze urządzeń" komputera.</li>
	<li>Na wyjściu lasera, tj. gdy port łącznika 50/50 nie jest jeszcze złączony, należy połączyć łącznik 99/1. 
	UWAGA: Port 99% to użyteczne wyjście. Port 1% służy do monitorowania stanu polaryzacji w procedurze automatyzacji.</li>
	<li>Włóż ręczny PSC wzdłuż światłowodu portu 1%. W tym celu odkręć i otwórz PSC. Włóż włókno w odpowiednie gniazdo, a następnie włóż z powrotem do ich otworów i wkręć je.</li>
	<li>Połącz złącze światłowodowe polerowane pod kątem (APC) na końcu światłowodu z 1% portem (po ręcznym PSC). Oczyść i rozetnij końce włókien przed wykonaniem spawu.</li>
	<li>Podłącz wyjście 99% do optycznego analizatora widma (OSA) za pomocą adaptera z gołym światłowodem. 
	UWAGA: Jak omówiono później, widmo optyczne widziane na OSA zapewni alternatywny sposób sprawdzenia, czy laser to ML.</li>
	<li>Zabezpiecz wszystkie włókna i elementy we wnęce odpowiednio za pomocą taśmy z folii poliimidowej. 
	UWAGA: Włókna i komponenty muszą być zabezpieczone przed przesuwaniem się w każdych warunkach, na przykład gdy stół wibruje lub wentylatory wydmuchują powietrze. Taśma z folii poliimidowej jest stosowana w celu uniknięcia uszkodzenia włókien.</li>
	<li>Dokręć dociskowe PSC wewnątrz wnęki, aż włókno zacznie być lekko ściskane.</li>
	<li>Włącz pompy laserów diodowych i dostosuj ich prądy do maksymalnych wartości określonych przez producenta diody laserowej.</li>
	<li>Uruchom interfejs komunikacyjny przyrządu. W kolumnie "Urządzenia peryferyjne i interfejs" po lewej stronie wybierz "COM4". Kliknij "Otwórz panel testowy VISA". Kliknij "Wejście/Wyjście". Następnie w polu "Wybierz lub wprowadź polecenie" wpisz "SM,500,3000\n" i kliknij przycisk "Zapytanie". To nakazuje PSC obrócić się o 3,000 kroków o 0,1125° w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara. W tym czasie PSC zatrzymuje się mechanicznie.</li>
	<li>W polu "Wybierz lub wprowadź polecenie" panelu testowego "COM4" wpisz "SM,500,-10\n" i kliknij przycisk "Zapytanie". Następnie PSC obraca się o około 1° w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Sprawdź, czy ML został osiągnięty, patrząc na widmo optyczne na OSA. ML osiąga się, gdy pełna szerokość w połowie maksimum widma optycznego jest rzędu kilkudziesięciu nanometrów (ryc. 5). Jeśli ML zostanie osiągnięty, utrzymuj dwójłomność i kąt na stałym poziomie i przejdź do kroku 1.18.</li>
	<li>Jeśli ML nie zostanie osiągnięty, powtarzaj 1.15, aż zostanie osiągnięty ML lub maksymalny kąt osiągany za pomocą PSC.</li>
	<li>Jeśli maksymalny kąt PSC zostanie osiągnięty przed wystąpieniem ML, zwiększ dwójłomność PSC, lekko dokręcając dociskowe i powtórz kroki 1.14, 1.15 i 1.16 tyle razy, ile jest to wymagane, aby uzyskać ML.</li>
	<li>Po osiągnięciu ML zmniejsz moc pompy do minimalnej wartości, umożliwiając ML samoczynne uruchomienie. Aby to zrobić, zmniejsz moc pompy, aż ML zostanie utracony. Następnie powoli wróć do najmniejszej wartości, która spowoduje ponowne pojawienie się uczenia maszynowego. Wyłącz pompy i włącz je ponownie, a następnie sprawdź, czy tryb lasera sam się blokuje. Zwiększ nieco mocniej moc pompy, aby upewnić się, że ML jest stabilny i będzie się automatycznie uruchamiał za każdym razem, gdy laser zostanie włączony.</li>
</ol>
2. Analiza polaryzacji sygnału wyjściowego
<ol>
	<li>Połącz kran 1% z komercyjnym polarymetrem.</li>
	<li>Podłącz polarymetr do komputera za pomocą portu USB.</li>
	<li>W polu "Wybierz lub wprowadź polecenie" panelu testowego "COM4" wpisz "SM,500,3000\n" i kliknij przycisk "Zapytanie".</li>
	<li>Uruchom komercyjne oprogramowanie sterujące polarymetrem i rozpocznij pomiar polaryzacji, klikając przycisk "Start".</li>
	<li>W polu "Wybierz lub wprowadź polecenie" panelu testowego "COM4" wpisz "SM,500,-10\n" i kliknij przycisk "Zapytanie". Obserwuj stan polaryzacji na polarymetrze.</li>
	<li>Powtórz krok 2.5 tyle razy, ile jest to konieczne, aby pokryć cały zakres kątów dozwolonych przez PSC wewnątrz wnęki. Zauważ, że stan polaryzacji zmienia się bardzo płynnie wraz z kątem, z wyjątkiem określonych kątów, pod którymi osiągany jest ML, co można zobaczyć, obserwując jednocześnie szerokość widma optycznego na OSA.</li>
	<li>Powtórz kroki od 2.3 do 2.6, ale tym razem, zamiast tylko obserwować stan polaryzacji, zapisz wartości parametrów Stokesa S1, S2 i S3 jako funkcje kąta PSC (Rysunek 6). Aby wyraźnie zobaczyć te wartości, wybierz "Pomiar-→Oscyloskop" z menu oprogramowania i poszukaj średnich wartości S1, S2 i S3. Jednocześnie obserwuj widmo optyczne i rejestruj kąty, dla których laser jest ML.</li>
</ol>
3. Ustawianie pętli sprzężenia zwrotnego w celu zautomatyzowania ustawiania PSC za pomocą komercyjnych pomiarów polarymetru
<ol>
	<li>Wyłącz komputer.</li>
	<li>Podłącz port szeregowy komercyjnego polarymetru do portu szeregowego "COM1" komputera. Uruchom ponownie komputer i polarymetr.</li>
	<li>Uruchom graficzny interfejs języka programowania (GPLI), który pozwoli na odczyt polarymetru przez "COM1" i sterowanie zmotoryzowanym PSC przez "COM4".</li>
	<li>W GPLI kliknij "Puste VI". Następnie wybierz "Okno→Sąsiaduj z lewej i prawej strony". 
	UWAGA: Ekran zostanie wtedy podzielony na dwie części. Schemat blokowy jest wyświetlany po prawej stronie. Służy do tworzenia skryptu przy użyciu różnych funkcji powiązanych z różnymi ikonami. Panel przedni jest wyświetlany po lewej stronie. Służy do wyświetlania poleceń i pomiarów, gdy skrypt jest uruchomiony.</li>
	<li>W oknie schematu blokowego GPLI opracuj skrypt automatyzacji uczenia maszynowego, który będzie używany z komercyjnym polarymetrem (patrz rysunek 7). 
	UWAGA: Ten skrypt odczytuje S1 z polarymetru i wykorzystuje jego wartość do dostarczenia informacji zwrotnej i osiągnięcia prawidłowego wyrównania kąta PSC prowadzącego do ML. Wykrywanie ML uzyskuje się poprzez wyszukiwanie nieciągłości w zmienności S1 wraz ze zmianą kąta. 
	UWAGA: Polecenia używane do sterowania PSC za pośrednictwem "COM4" są takie same, jak te przedstawione w krokach 2.3 i 2.5. Polecenie odczytu S1 na komercyjnym polarymetrze za pomocą "COM1" to "*SOP?\n".</li>
	<li>Zapisz skrypt, klikając "Plik→Zapisz", a następnie uruchom go, klikając przycisk "→". PSC jest przywracany do mechanicznego zatrzymania, a następnie obraca się w krokach co około 1°, aż do osiągnięcia ML, pokazując wartość S1 w miarę ewolucji.</li>
</ol>
4. Budowa prymitywnego domowego analizatora polaryzacji
<ol>
	<li>Podłącz oscyloskop do komputera za pomocą interfejsu GPIB.</li>
	<li>Umieść kostkę rozdzielacza wiązki polaryzacyjnej (PBS) na stole optycznym.</li>
	<li>Skonfiguruj trzy kolimatory portów światłowodowych FC/APC z PBS (Rysunek 8). 
	UWAGA: Jednym z portów jest wejście. Pozostałe dwa to wyjścia dla składowych polaryzacji x i y sygnału.</li>
	<li>Podłącz światłowodową fotodiodę InGaAS PIN do pierwszego wyjścia.</li>
	<li>Podłącz fotodiodę do obwodu transimpedancji (ilustracja 9).</li>
	<li>Podłącz wyjście elektryczne obwodu do kanału 1 oscyloskopu.</li>
	<li>Włącz obwód transimpedancji.</li>
	<li>W GPLI odczytaj średnią wartość napięcia na kanale 1 oscyloskopu za pośrednictwem połączenia GPIB za pomocą poleceń "MEASU:IMM:SOU ch1; ", aby wybrać kanał 1 oscyloskopu, "MEASU:IMM:TYPE średnia; ", aby zdefiniować pomiar jako średnie napięcie, "MEASU:IMM:VAL?", aby uzyskać wartość i na końcu "MEASU:IMM:UNI?", aby uzyskać jednostki miary. Zapisz skrypt, klikając "Plik→Zapisz", a następnie uruchom go, klikając przycisk "→".</li>
	<li>Podłącz 1% mocy wyjściowej lasera do portu wejściowego PBS i włącz laser z dowolną mocą pompy. Powoduje to wysłanie sygnału optycznego o długości fali 1 550 nm do wejścia.</li>
	<li>Zmierz średnie napięcie na pierwszym wyjściu. Następnie odłącz fotodiodę z pigtailem światłowodowym i zastąp ją komercyjnym miernikiem mocy. Zmierz moc optyczną na tym wyjściu.</li>
	<li>Powtórz krok 4.10, zmieniając moc wejściowego sygnału optycznego. Napięcie powinno zmieniać się liniowo wraz z mocą optyczną. Znajdź współczynniki tej zależności liniowej. 
	UWAGA: Ta zależność zostanie użyta w kroku 4.20 w celu uzyskania Px z mierzonego napięcia.</li>
	<li>Podłącz drugą fotodiodę PIN InGaAS z pigtailami światłowodowymi do drugiego wyjścia PBS.</li>
	<li>Podłącz fotodiodę do drugiego obwodu transimpedancji.</li>
	<li>Podłącz wyjście elektryczne obwodu do kanału 2 oscyloskopu.</li>
	<li>Włącz obwód transimpedancji.</li>
	<li>W GPLI odczytaj średnią wartość napięcia na kanale 2 oscyloskopu za pośrednictwem połączenia GPIB za pomocą poleceń "MEASU:IMM:SOU ch2; ", aby wybrać kanał 2 oscyloskopu, "MEASU:IMM:TYPE średnia; ", aby zdefiniować pomiar jako średnie napięcie, "MEASU:IMM:VAL?", aby uzyskać wartość i na końcu "MEASU:IMM:UNI?", aby uzyskać jednostki miary. Zapisz skrypt, klikając "Plik→Zapisz", a następnie uruchom go, klikając przycisk "→".</li>
	<li>Włącz laser z dowolną mocą pompy.</li>
	<li>Zmierz średnie napięcie na drugim wyjściu. Następnie odłącz fotodiodę z pigtailem światłowodowym i zastąp ją komercyjnym miernikiem mocy. Zmierz moc optyczną na tym wyjściu.</li>
	<li>Powtórz krok 4.18, zmieniając moc wejściowego sygnału optycznego. Upewnij się, że voltage zmienia się liniowo wraz z mocą optyczną. 
	UWAGA: Znajdź współczynniki tej zależności liniowej. Zależność ta zostanie wykorzystana w kroku 4.20 w celu uzyskania Py z mierzonego napięcia.</li>
	<li>Po skonfigurowaniu drugiego detektora do pomiaru Py, użyj GPLI do obliczenia pierwszego parametru Stokesa S1 zdefiniowanego jako S1 = (Px-P y)/(Px+Py). Domowy prymitywny analizator polaryzacji jest teraz gotowy do użycia.</li>
</ol>
5. Zastąpienie komercyjnego polarymetru domowym analizatorem polaryzacji w procesie automatyzacji
<ol>
	<li>Podłącz 1% mocy wyjściowej lasera do wejścia domowego analizatora polaryzacji (tak jak to zostało zrobione w kroku 4.9).</li>
	<li>Zmierz pierwszy parametr Stokesa S1 w funkcji kąta PSC (rysunek 10), powtarzając krok 2.7 przy użyciu domowego analizatora polaryzacji (zamiast komercyjnego polarymetru). Obserwuj, jak wykres S1 jest automatycznie aktualizowany na każdym kroku. Obserwuj nieciągły skok wartości S1, gdy występuje ML (tak jest w przypadku korzystania z komercyjnego polarymetru). 
	UWAGA: Użyj skryptu GPLI, aby wykonać to zadanie automatycznie. Ten skrypt opiera się na pętli, która zmienia kąt PSC w krokach co 1° (za pomocą polecenia "SM,500,-10\n" wysłanego do "COM4") i odczytuje wartość S1 z domowego analizatora polaryzacji w każdym kroku.</li>
	<li>Zmodyfikuj skrypt opracowany w 3.5 tak, aby zamiast używać wartości podanej przez komercyjny polarymetr, pobierał Px i P y z domowego analizatora polaryzacji, a następnie obliczał S1 = (P x-Py)/ (Px+Py) .</li>
	<li>Użyj nowego skryptu opartego na domowym analizatorze polaryzacji, aby automatycznie ML lasera w sposób podobny do kroku 3.6.</li>
</ol>

<ol><li>Hofer, M., Fermann, M. E., Haberl, F., Ober, M. H., Schmidt, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mode+locking+with+cross-phase+and+selfphase+modulation%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Mode locking with cross-phase and selfphase modulation.</a> Opt. Lett. 16 (7), 502-504 (1991).</li>
<li>Haus, H. A., Ippen, E. P., Tamura, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Additive-pulse+modelocking+in+fiber+lasers%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+J.+Quantum+Electron%22%5BJournal%5D)">Additive-pulse modelocking in fiber lasers.</a> IEEE J. Quantum Electron. 30 (1), 200-208 (1994).</li>
<li>Hellwig, T., Walbaum, T., Groß, P., Fallnich, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+characterization+and+alignment+of+passively+mode-locked+fiber+lasers+based+on+nonlinear+polarization+rotation%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+B%22%5BJournal%5D)">Automated characterization and alignment of passively mode-locked fiber lasers based on nonlinear polarization rotation.</a> Appl. Phys. B. 101 (3), 565-570 (2010).</li>
<li>Radnatarov, D., Khripunov, S., Kobtsev, S., Ivanenko, A., Kukarin, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automatic+electronic-controlled+mode+locking+self-start+in+fibre+lasers+with+non-linear+polarization+evolution%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Automatic electronic-controlled mode locking self-start in fibre lasers with non-linear polarization evolution.</a> Opt. Express. 21 (18), 20626-20631 (2013).</li>
<li>Shen, X., Li, W., Yan, M., Zeng, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electronic+control+of+nonlinear-polarization-rotation+mode+locking+in+Yb-doped+fiber+lasers%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Electronic control of nonlinear-polarization-rotation mode locking in Yb-doped fiber lasers.</a> Opt. Lett. 37 (16), 3426-3428 (2012).</li>
<li>Andral, U., Si Fodil, R., Amrani, F., Billard, F., Hertz, E., Grelu, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fiber+laser+mode+locked+through+an+evolutionary+algorithm%5BTitle%5D)+AND+%22Optica%22%5BJournal%5D)">Fiber laser mode locked through an evolutionary algorithm.</a> Optica. 2 (4), 275-278 (2015).</li>
<li>Olivier, M., Gagnon, M. D., Piché, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+mode+locking+in+nonlinear+polarization+rotation+fiber+lasers+by+detection+of+a+discontinuous+jump+in+the+polarization+state%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Automated mode locking in nonlinear polarization rotation fiber lasers by detection of a discontinuous jump in the polarization state.</a> Opt. Express. 23 (5), 6738-6746 (2015).</li>
<li>Ulrich, R., Simon, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polarization+optics+of+twisted+single-mode+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Opt%22%5BJournal%5D)">Polarization optics of twisted single-mode fibers.</a> Appl. Opt. 18 (13), 2241-2251 (1979).</li>
<li>Chong, A., Logan, L. R., Wise, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+fiber+lasers+based+on+self-similar+pulse+evolution%3A+a+review+of+current+progress%5BTitle%5D)+AND+%22Rep.+Prog.+Phys%22%5BJournal%5D)">Ultrafast fiber lasers based on self-similar pulse evolution: a review of current progress.</a> Rep. Prog. Phys. 78 (11), 113901(2015).</li>
<li>Komarov, A., Leblond, H., Sanchez, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theoretical+analysis+of+the+operating+regime+of+a+passively-mode-locked+fiber+laser+through+nonlinear+polarization+rotation%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+A%22%5BJournal%5D)">Theoretical analysis of the operating regime of a passively-mode-locked fiber laser through nonlinear polarization rotation.</a> Phys. Rev. A. 72, 063811(2005).</li>
<li>Kobtsev, S., Smirnov, S., Kukarin, S., Turitsyn, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mode-locked+fiber+lasers+with+significant+variability+of+generation+regimes%5BTitle%5D)+AND+%22Optical+Fiber+Technology%22%5BJournal%5D)">Mode-locked fiber lasers with significant variability of generation regimes.</a> Optical Fiber Technology. 20 (6), 615-620 (2014).</li>
<li>Kobtsev, S., Kukarin, S., Smirnov, S., Turitsyn, S., Latkin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+of+double-scale+femto%2Fpico-second+optical+lumps+in+mode-locked+fiber+lasers%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Generation of double-scale femto/pico-second optical lumps in mode-locked fiber lasers.</a> Opt. Express. 17 (23), 20707-20713 (2009).</li>
<li>Churkin, D. V., Sugavanam, S., Tarasov, N., Khorev, S., Smirnov, S. V., Kobtsev, S. M., Turitsyn, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stochasticity+periodicity+and+localized+light+structures+in+partially+mode-locked+fibre+lasers%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Stochasticity periodicity and localized light structures in partially mode-locked fibre lasers.</a> Nat. Commun. 6, 7004(2015).</li>
<li>Duling, I. N. III, Chen, C. J., Wai, P. K. A., Menyuk, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operation+of+a+nonlinear+loop+mirror+in+a+laser+cavity%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+J.+Quantum+Electron%22%5BJournal%5D)">Operation of a nonlinear loop mirror in a laser cavity.</a> IEEE J. Quantum Electron. 30 (1), 194-199 (1994).</li>
<li>Krempzek, K., Grzegorz, S., Kaczmarek, P., Abramski, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+sub-100+fs+stretched-pulse+205+MHz+repetition+rate+passively+mode-locked+Er+doped+all-fiber+laser%5BTitle%5D)+AND+%22Laser+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">A sub-100 fs stretched-pulse 205 MHz repetition rate passively mode-locked Er doped all-fiber laser.</a> Laser Phys. Lett. 10, 105103(2013).</li>
<li>Shtyrina, O., Fedoruk, M., Turitsyn, S., Herda, R., Okhotnikov, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evolution+and+stability+of+pulse+regimes+in+SESAM-mode-locked+femtosecond+fiber+lasers%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Opt.+Soc.+Am.+B%22%5BJournal%5D)">Evolution and stability of pulse regimes in SESAM-mode-locked femtosecond fiber lasers.</a> J. Opt. Soc. Am. B. 26 (2), 346-352 (2009).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Wykazano, że możliwe jest zautomatyzowanie ML światłowodowych laserów pierścieniowych NPR za pomocą pętli sprzężenia zwrotnego opartej na pomiarach polaryzacji wyjściowej. Aby zrealizować to zadanie, konieczne jest wprowadzenie regulowanego PSC do wnęki. Sprzęgacz wyjściowy wnęki musi znajdować się tuż przed polaryzatorem, aby można było dostrzec różnicę między stanem polaryzacji sygnału CW a sygnałem impulsowym (rysunek 2). Dwójłomność PSC musi być wstępnie dostosowana tak, aby można było znaleźć ML, a ...

Celem tego artykułu jest przedstawienie procedury automatycznego dostrajania w celu uzyskania blokady trybu (ML) w laserach światłowodowych z rotacją polaryzacji nieliniowej. Procedura ta opiera się na dwóch podstawowych krokach: wykryciu reżimu ML poprzez pomiar polaryzacji sygnału wyjściowego lasera, a następnie skonfigurowaniu systemu sterowania samoczynnym uruchomieniem, aby dostać się do ML.
Lasery światłowodowe stały się obecnie ważnym narzędziem w optyce. Są one wydajnym źródłem spójnego światła w bliskiej podczerwieni i obecnie rozciągają się na część widma elektromagnetycznego w średniej podczerwieni. Ich niski koszt i łatwość obsługi sprawiły, że są atrakcyjną alternatywą dla innych źródeł światła koherentnego, takich jak lasery na ciele stałym. Lasery światłowodowe mogą również dostarczać ultrakrótkie impulsy (100 fs lub mniej), gdy mechanizm ML jest umieszczony we wnęce światłowodu. Istnieje wiele sposobów projektowania tego mechanizmu uczenia maszynowego, takich jak nieliniowe lustra pętlowe i nasycone absorbery. Jedna z nich, szeroko stosowana ze względu na swoją prostotę, opiera się na nieliniowej rotacji polaryzacji (NPR) sygnału1,2. Wykorzystuje fakt, że elipsa polaryzacyjna sygnału ulega rotacji proporcjonalnej do jego intensywności w miarę rozchodzenia się we włóknach wnęki lasera. Poprzez włożenie polaryzatora do wnęki, ten NPR prowadzi do strat zależnych od intensywności podczas podróży w obie strony sygnału.
Laser może być następnie zmuszony do ML poprzez kontrolowanie stanu polaryzacji. W efekcie części sygnału o dużej mocy będą narażone na mniejsze straty (ilustracja 1), co ostatecznie doprowadzi do powstania ultrakrótkich impulsów światła, gdy laser jest włączony i zaczyna od sygnału o niskiej mocy. Jednak wadą tej metody jest to, że kontroler stanu polaryzacji (PSC) musi być odpowiednio wyrównany, aby uzyskać ML. Zwykle operator znajduje ML ręcznie, zmieniając położenie PSC i analizując sygnał wyjściowy lasera za pomocą szybkiej fotodiody, optycznego analizatora widma lub nieliniowego optycznego autokorelatora. Gdy tylko zostanie wykryta emisja impulsów, operator przestaje zmieniać położenie PSC, ponieważ laser jest ML. Oczywiście automatyczne uruchomienie lasera prowadzi do znacznego wzrostu wydajności. Jest to szczególnie ważne, gdy laser jest narażony na perturbacje, zmieniające ustawienie lub konfigurację wnęki, ponieważ operator musi wielokrotnie przechodzić przez procedurę ustawiania. W ostatniej dekadzie zaproponowano różne metody osiągnięcia tej automatyzacji. Hellwig i wsp.3 używały wyciskarek piezoelektrycznych do kontroli polaryzacji w połączeniu z pełną analizą stanu polaryzacji sygnału za pomocą polarymetru z podziałem amplitudy w całości z włókien w celu wykrycia ML. Radnarotov i wsp.4 wykorzystały PSC z płytką ciekłokrystaliczną z analizą opartą na widmie RF do wykrywania ML. Shen i wsp.5 używanych wyciskarek piezoelektrycznych do kontroli polaryzacji oraz fotodiody/szybkiego systemu liczników do wykrywania ML. Niedawno zaprezentowano strategię opartą na algorytmie ewolucyjnym, w którym detekcja jest zapewniana przez fotodiodę o dużej przepustowości w połączeniu z intensymetrycznym autokorelatorem drugiego rzędu i optycznym analizatorem widma. Sterowanie odbywa się następnie za pomocą dwóch elektronicznie napędzanych PSC wewnątrz wnęki6.
Ten artykuł opisuje innowacyjny sposób wykrywania ML i jego zastosowanie w technice automatyzacji, zmuszając laser światłowodowy do ML. Wykrywanie ML lasera uzyskuje się poprzez analizę, jak zmienia się stan polaryzacji wyjściowej sygnału wraz z kątem przemiatania PSC. Jak zostanie pokazane, przejście do ML wiąże się z nagłą zmianą stanu polaryzacji wykrywalną przez pomiar jednego z parametrów Stokesa sygnału wyjściowego. Fakt, że impuls jest bardziej intensywny niż sygnał CW i przejdzie ważniejszy NPR, wyjaśnia tę zmianę. Ponieważ wyjście lasera znajduje się bezpośrednio przed polaryzatorem we wnęce, stan polaryzacji impulsu w tym miejscu różni się od stanu polaryzacji sygnału CW (rysunek 2) i zostanie wykorzystany do rozróżnienia stanu ML. Teoretyczne aspekty tej procedury i jej pierwsze eksperymentalne zastosowanie przedstawiono w pracy Olivier i wsp.7. W niniejszym artykule nacisk zostanie położony na techniczne aspekty procedury, jej ograniczenia i zalety.
Ta technika jest stosunkowo prosta do wdrożenia i nie wymaga zaawansowanych przyrządów pomiarowych do wykrywania stanu ML i automatyzacji ustawiania lasera w celu uzyskania ML. Wymagany jest PSC regulowany zewnętrznie za pomocą programowalnego interfejsu. Zasadniczo można stosować różne PSC: wyciskarki piezoelektryczne, ciekłe kryształy, płytki faliste obracane przez silnik, kryształy magnetooptyczne lub zmotoryzowane, całkowicie włókniste PSC oparte na ściskaniu i skręcaniu włókna8. W tym artykule używany jest ten ostatni, całkowicie zmotoryzowany PSC typu Yao. Do wykrycia stanu polaryzacji można użyć drogiego komercyjnego polarymetru. Ponieważ jednak wymagana jest tylko wartość pierwszego parametru Stokesa, wystarczy rozdzielacz wiązki polaryzacyjnej w połączeniu z dwiema fotodiodami, jak pokazano w tym artykule.
Wszystkie te komponenty są tanie dla powszechnie stosowanych laserów światłowodowych domieszkowanych erbem. Pętla sprzężenia zwrotnego oparta na tej procedurze może znaleźć ML w ciągu kilku minut. Ten czas reakcji jest odpowiedni dla większości zastosowań laserów światłowodowych i jest porównywalny z innymi istniejącymi technikami. W rzeczywistości czas odpowiedzi jest ograniczony przez elektronikę używaną do analizy polaryzacji sygnału. Wreszcie, chociaż procedura jest tutaj stosowana do lasera światłowodowego domieszkowanego erbem similariton9, można go zastosować do dowolnego lasera światłowodowego opartego na NPR, gdy tylko wyżej wymieniony sprzęt lub jego odpowiednik stanie się dostępny na interesującej długości fali.

<table><tbody><tr><td>Adapter Bare-Fiber</td><td>Bullet</td><td>NGB-14</td><td></td></tr><tr><td>Kontroler polaryzacji wpuszczanej</td><td>General Photonics Corp.</td><td>Polarite PLC-006</td><td>Ręczny kontroler polaryzacji.</td></tr><tr><td>Polarymetr liniowy DSP</td><td>General Photonics Corp.</td><td>Polarymetr POD-101D PolaDetect</td><td>z łącznością USB/szeregową z komputerem.</td></tr><tr><td>Obcinak do włókien</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>Stała ławka łącznika światłowód-włókno</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>FBC-1550-APC</td><td>Można użyć dowolnej ławki optycznej. Ławka 3-kierunkowa byłaby jeszcze lepsza.</td></tr><tr><td>Spawarka fuzyjna</td><td>Fujikura</td><td>FSM-40PM</td><td></td></tr><tr><td>Kontroler polaryzacji wszystkich włókien o wysokiej rozdzielczości</td><td>Giga Concept Inc.</td><td>GIG-2201-1300</td><td>Całkowicie światłowodowy zmotoryzowany kontroler polaryzacji z łącznością USB z komputerem.</td></tr><tr><td>Moduł InGaAs PIN PD</td><td>Optoway</td><td>PD-1310</td><td>Fotodioda pigtailowa.</td></tr><tr><td>Interfejs komunikacyjny przyrządu</td><td>National Instruments</td><td>NI MAX</td><td>Jest dostarczany w pakiecie ze sterownikami National Instruments (NI-VISA, NI-DAQmx, etc.)</td></tr><tr><td>Wzmacniacz operacyjny</td><td>Texas Instruments</td><td>TLO81ACP</td><td></td></tr><tr><td>Miernik mocy optycznej</td><td>Newport</td><td>818-IS-1 z 1835-C</td><td></td></tr><tr><td>Optyczny analizator widma</td><td>Anritsu</td><td>MS9710C</td><td></td></tr><tr><td>Oscyloskop</td><td>Tektronix</td><td>TDS2022</td><td>Oscyloskop z łącznością komputerową GPIB.</td></tr><tr><td>Moduł polaryzacyjny beamsplitter</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>PSCLB-VL-1550</td><td></td></tr><tr><td>Taśma z folii poliamidowej</td><td>3M</td><td>5413</td><td>Taśma do mocowania elementów na stole bez uszkadzania włókien.</td></tr><tr><td>Graficzny interfejs języka programowania (GPLI)</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW</td><td>Interfejs do programowania w języku programowania G i komunikowania się z instrumentami laboratoryjnymi.</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do sterowania polarymetrem</td><td>General Photonics Corp.</td><td>PolaView</td><td>W zestawie z polarymetrem General Photonics POD-101D.</td></tr></tbody></table>

automatyzacja blokowania trybów w laserze światłowodowym z rotacją polaryzacji nieliniowej poprzez pomiary polaryzacji wyjściowej

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

Gdy laser jest zablokowany, emituje ciąg ultrakrótkich impulsów z częstotliwością powtarzania określoną przez długość wnęki lasera. W tym artykule przedstawiono nową i niedrogą procedurę wymuszania blokowania trybu we wstępnie dostosowanym laserze światłowodowym o rotacji polaryzacji nieliniowej. Procedura ta opiera się na wykryciu nagłej zmiany stanu polaryzacji wyjścia w przypadku zablokowania trybu. Ta zmiana służy do nakazania wyrównania regulatora polaryzacji wewnątrz wnęki w celu znalezienia warunków blokowania trybu. Mówiąc dokładniej, wartość pierwszego parametru Stokesa zmienia się, gdy kąt regulatora polaryzacji jest przesuwany, a ponadto ulega nagłej zmianie, gdy laser przechodzi w stan zablokowany w trybie. Monitorowanie tej nagłej zmiany zapewnia praktyczny, łatwy do wykrycia sygnał, który można wykorzystać do sterowania wyrównaniem kontrolera polaryzacji i kierowania lasera w kierunku blokady trybu. Monitorowanie to odbywa się poprzez podanie niewielkiej części sygnału do analizatora polaryzacji mierzącego pierwszy parametr Stokesa. Nagła zmiana w odczycie tego parametru z analizatora nastąpi, gdy laser przejdzie w stan zablokowany. W tym momencie wymagany kąt regulatora polaryzacji jest utrzymywany na stałym poziomie. Wyrównanie zostało zakończone. Procedura ta stanowi alternatywny sposób dla istniejących procedur automatyzacji, które wykorzystują sprzęt taki jak optyczny analizator widma, analizator widma RF, fotodioda podłączona do elektronicznego licznika impulsów lub nieliniowy schemat wykrywania oparty na absorpcji dwóch fotonów lub generowaniu drugiej harmonicznej. Nadaje się do trybu laserów zablokowanych przez nieliniową rotację polaryzacji. Jest stosunkowo łatwa do wdrożenia, wymaga niedrogich środków, zwłaszcza przy długości fali 1550 nm, a także obniża ponoszone koszty produkcji i eksploatacji w porównaniu z wyżej wymienionymi technikami.

Wiadomo, że włókniste lasery z blokadą modów NPR oferują szeroką gamę reżimów impulsowania, takich jak impulsy Q-switchingu10, koherentne impulsy ML, impulsy typu noise-like, stany związane impulsów ML, harmoniczne ML oraz złożone struktury oddziałujących impulsów ML11. W opisanym tutaj laserze, po ustaleniu dwójłomności PSC w celu uzyskania ML, moc pompowania dostosowano tak, aby znajdowała się stosunkowo blisko progu ML jednopulsowego. Dzięki temu liczbę konkurując...

Przedstawiono protokół do wykrywania i automatyzacji blokowania trybu w wstępnie dostosowanym laserze światłowodowym o rotacji polaryzacji nieliniowej. Wykrycie nagłej zmiany stanu polaryzacji wyjścia w przypadku wystąpienia blokady trybu służy do nakazania wyrównania regulatora polaryzacji wewnątrz wnęki w celu znalezienia warunków blokowania trybu.

Automatyzacja blokowania trybów w laserze światłowodowym z rotacją polaryzacji nieliniowej poprzez pomiary polaryzacji wyjściowej

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 ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest wykrywanie automatycznego blokowania częstotliwości mod (mode locking) w uprzednio dostrojonym światłowodowym laserze z nieliniowym obrotem polaryzacji. Procedura ta stanowi alternatywę dla istniejących metod automatyzacji opartych na analizatorze widma RF, analizatorze widma optycznego, nieliniowym schemacie detekcji lub urządzeniu do zliczania przerw. Jej głównymi zaletami są stosunkowo niskie koszty, łatwość wdrożenia oraz wymóg pobrania jedynie niewielkiej części mocy wyjściowej lasera do celów monitorowania.Ta animacja przedstawia koncepcję blokowania modów opartą na nieliniowym obrocie polaryzacji. Sygnał jest polaryzowany przez polaryzator, a następnie przekształcany w stan polaryzacji eliptycznej za pomocą kontrolera polaryzacji. Obecna nieliniowość w światłowodach wnęki wymusza obrót tej elipsy, który jest proporcjonalny do chwilowej mocy sygnału.Transmisja w końcowym polaryzatorze będzie zatem sprzyjać przechodzeniu części sygnału o wysokiej mocy, co doprowadzi do formowania się impulsu. Poprzez umieszczenie analizatora polaryzacji tuż przed końcowym polaryzatorem możliwe jest wykrycie impulsu wnęki poprzez rozróżnienie stanów polar

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Duże interferometry laserowe są konstruowane w celu stworzenia nowego rodzaju astronomii opartej na falach grawitacyjnych. Ich czułość, podobnie jak w przypadku wielu innych eksperymentów wymagających wysokiej precyzji, zbliża się do podstawowych granic hałasu, takich jak drgania atomowe ich komponentów. Jesteśmy pionierami w dziedzinie technologii, które pozwalają przezwyciężyć te ograniczenia za pomocą nowatorskich kształtów wiązki laserowej.

Generacja wiązek optycznych Laguerre'a-Gaussa wyższego rzędu do precyzyjnej interferometrii

Rozwijamy i charakteryzujemy nieuporządkowany światłowód polimerowy, który wykorzystuje poprzeczną lokalizację Andersona jako nowatorski mechanizm falowody. To mikrostrukturalne włókno może transportować małą zlokalizowaną wiązkę o promieniu porównywalnym z promieniem wiązki konwencjonalnych światłowodów.

Wytwarzanie i charakterystyka nieuporządkowanych światłowodów polimerowych do poprzecznej lokalizacji światła Andersona

Opracowaliśmy bezznacznikowy system biodetekcji oparty na technologii rezonatora optycznego, znanej jako Frequency Locking Optical Whispering Evanescent Resonator (FLOWER), który jest w stanie wykrywać pojedyncze cząsteczki w roztworze. Tutaj opisano i przedstawiono procedury stojące za tą pracą.

Bezznacznikowa detekcja pojedynczych cząsteczek za pomocą mikrotoroidalnych rezonatorów optycznych

Ta praca opisuje wytwarzanie i charakterystykę anizotropowych modulatorów trybu nieszczelności dla holograficznego wideo.

Charakterystyka anizotropowych modulatorów trybu nieszczelnego dla Holovideo

Prezentujemy protokół tworzenia w czasie rzeczywistym filmu pakietu molekularnej fali rotacyjnej przy użyciu wysokorozdzielczego zestawu do obrazowania eksplozji kulombowskiej.

Bezpośrednie obrazowanie ultraszybkiej rotacji molekularnej sterowanej laserem

Krzemowe układy fotoniczne mają potencjał do realizacji złożonych zintegrowanych systemów kwantowych. Przedstawiono metodę przygotowania i testowania krzemowego układu fotonicznego do pomiarów kwantowych.

Pomiar interferencji kwantowej w źródle fotonów rezonatora z pierścieniem krzemowym

Prezentujemy parametryczną metodę chłodzenia ultrazimnego gazu Fermiego w optycznej pułapce dipolowej o skrzyżowanej wiązce. Metoda ta selektywnie usuwa wysokoenergetyczne atomy z pułapki poprzez okresowe modulowanie głębokości pułapki częstotliwościami, które rezonują z anharmonicznymi składowymi potencjału pułapkowania.

Chłodzenie optycznie uwięzionego ultrazimnego gazu Fermiego poprzez okresową jazdę

Pokazujemy, jak zakodować złożone pole wiązek laserowych za pomocą elementu jednofazowego. Interferometr o wspólnej ścieżce jest wykorzystywany do mieszania wyświetlanych informacji o fazie z przestrzennym modulatorem światła tylko w fazie, aby ostatecznie uzyskać pożądany złożony wzór pola na wyjściu systemu obrazowania optycznego.

Kształtowanie amplitudy i fazy wiązek laserowych za pomocą przestrzennego modulatora światła tylko dla fazy

Opisujemy system optyczny do generowania bezwarunkowych fotonów splątanych polaryzacją na podstawie wielokrotnych efektów interferencji kwantowej za pomocą schematu detekcji w celu oszacowania eksperymentalnej wierności generowanych splątanych fotonów.

System fotoniczny do generowania bezwarunkowych fotonów splątanych polaryzacją w oparciu o wielokrotne interferencje kwantowe

Przedstawiono metodę budowy niestandardowego, taniego, zsynchronizowanego w trybie femtosekundowego lasera światłowodowego do potencjalnych zastosowań w mikroskopii wielofotonowej, endoskopii i fotomedycynie. Ten laser jest zbudowany przy użyciu dostępnych na rynku części i podstawowych technik łączenia.

Tania, niestandardowa produkcja i działanie lasera femtosekundowego o całkowicie normalnej dyspersji do mikroskopii wielofotonowej

Przedstawiona tutaj jest metoda pomiaru dwójłomności okien próżniowych poprzez maksymalizację liczby fluorescencji emitowanych przez chłodzone dopplerowskie jony 25Mg+ w pułapce jonowej. Dwójłomność okien próżniowych zmieni stany polaryzacji lasera, które można skompensować poprzez zmianę kątów azymutalnych zewnętrznych płytek falowych.

Pomiar in situ dwójłomności okna próżniowego przy użyciu fluorescencji 25Mg+

Poznaj metodę automatyzacji blokowania trybów w laserze światłowodowym z rotacją polaryzacji nieliniowej poprzez pomiary polaryzacji wyjściowej. Protokół ten jest prosty, niedrogi i wymaga tylko ułamka sygnału wyjściowego do monitorowania.

Automatyzacja blokowania trybów w laserze światłowodowym z rotacją polaryzacji nieliniowej poprzez pomiary polaryzacji wyjściowej (Wideo) | JoVE Journal

Automatyzacja blokowania trybów w laserze światłowodowym z rotacją polaryzacji nieliniowej poprzez pomiary polaryzacji wyjściowej

Przeglądaj więcej filmów