Name: Automação de Modo de bloqueio em uma rotação do laser da fibra não-linear de polarização através de medidas de polarização de saída (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-02-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 18 s
Description: Aprenda a automatizar o bloqueio de modo em lasers de fibra por rotação não-linear de polarização. Este método utiliza mudanças no estado de polarização da saída para alinhar o controlador intra-cavidade, oferecendo uma solução econômica e eficiente.

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Os autores gostariam de agradecer a Christian Olivier e Philippe Chrétien de ajuda valiosas sobre eletrônica, Éric Girard em GiGa Concept Inc. para suporte com o controlador de polarização motorizado, professor Réal Vallée para o empréstimo do polarímetro comercial e professor Michel Piché para muitas discussões frutíferas . Este trabalho foi financiado pelo Fonds de recherche du Québec - tecnologias Nature et (FRQNT), Ciências Naturais e Engenharia do Conselho de Investigação do Canadá (NSERC) e no Canadá Summer Jobs.

1. Configurar uma ML Fiber Laser fibra, incluindo um Motorizado PSC <ol><li> Reúna os seguintes componentes: a fibra dopada com érbio de modo único, a 980 / 1.550 nm de comprimento de onda multiplexer de divisão (WDM), um WDM-1550 componente híbrido nm isolador 980 / 1.550 nm, um acoplador 50/50 de fibra, um polarizador de fibra, uma PSC motorizada, dois 980 diodos laser da bomba nm, uma fibra acoplador de 99/1 e uma PSC linha manual. </li><li> Cortar a fibra dopada com érbio e todos os outros componentes de fibra pigtailed para caber com o design cavidade desejada. NOTA: O procedimento de automação apresentado é adequado para lasers de fibra com base na rotação de polarização não linear. Ele deve funcionar para diferentes regimes de funcionamento, tais como o laser soliton, o laser de pulso esticado, o laser soliton dissipação eo laser similariton. O último regime é utilizado nesta experiência. </li><li> Para construir a cavidade do laser, utilizar um acoplador de fusão de fibra para se juntar os componentes da cavidade na ordem mostrada no diagrama (Figura 3 &lt;/ Strong&gt;). Antes de executar cada emenda de fusão, limpa as fibras termina com álcool isopropílico e unir-los com um cutelo de fibra. NOTA: Os componentes internos do laser são, na ordem dos ponteiros do relógio na cavidade anel, um PSC motorizado, a 980 / 1.550 nm WDM, uma fibra dopada com érbio, um componente híbrido WDM isolador 980 / 1.550 nm, uma saída de 50/50 acoplador e um polarizador de fibra. Os componentes externos são uma fibra acoplador de 99/1 e uma PSC linha manual (como explicado nos passos 1.7 e 1.8). NOTA: Um segmento de fibra de cerca de 30 cm deve ser inserido no CPS motorizado antes das junções são realizadas com os outros componentes da cavidade. Apesar de uma fibra de modo único padrão irá funcionar, a utilização de filamentos revestidos com poli-imida é recomendado para este segmento, porque é mais resistente à pressão exercida pelos parafusos de o controlador e, assim, durar mais tempo. </li><li> Junte-se aos diodos laser bomba ao WDMs usando o splicer da fusão. Mais uma vez, limpa as fibras termina com isopropílico alcohol e unir-los com um cutelo de fibra antes de executar cada emenda de fusão. </li><li> Ligue os diodos de laser para os seus respectivos controladores de temperatura e drivers atuais. </li><li> Ligue o intra-cavidade motorizados Yao-tipo de fibra-squeezer PSC (Figura 4) para seu módulo de condução e, em seguida, conectar o módulo de condução à porta USB de um computador. NOTA: Esta porta é identificada pelo número &quot;COM4&quot; como mostrado no &quot;Device Manager&quot; do computador. </li><li> No ponto de saída do laser, ou seja, a porta do acoplador 50/50 ainda não unidas, splice um acoplador 99/1. Nota: A porta 99% é a saída utilizável. A porta 1% é utilizado para monitorizar o estado de polarização no processo de automatização. </li><li> Inserir um PSC Manual ao longo da fibra do porto de 1%. Para fazer isso, remova os parafusos e abra o PSC. Insira a fibra no compartimento apropriado e em seguida, colocar os parafusos de volta em seus buracos e parafuso-los. </li><li> Unir uma fibra co-polido ângulonnector (APC) no final da fibra de porta 1% (após o CPS manual). Limpo e decompor as fibras termina antes de executar a emenda de fusão. </li><li> Ligue a saída de 99% para um analisador de espectro óptico (OSA) usando um adaptador de fibra nua. NOTA: Como discutido mais tarde, o espectro óptico visto no OSA irá fornecer uma maneira alternativa de verificar se o laser é ML. </li><li> Fixe todas as fibras e os componentes na cavidade adequadamente com fita de filme de poliimida. NOTA: As fibras e componentes devem ser impedido de se mover sob quaisquer condições, como quando a tabela vibra ou fãs soprar ar. A fita de película de poli-imida é utilizada, a fim de evitar danificar as fibras. </li><li> Apertar os parafusos de pressão do PSC intra-cavidade até que a fibra começa a ser um pouco espremido. </li><li> Ligue os diodos lasers bomba e ajustar suas correntes para os seus valores máximos, conforme especificado pelo fabricante do diodo laser. </li><li> Inicie a interface instrumento de comunicação. No &quot;Peripherals e Interface &quot;coluna à esquerda, escolha&quot; COM4 &quot;. Clique em&quot; Abrir painel de teste VISA &quot;. Clique em&quot; Input / Output &quot;. Então, em&quot; Selecione ou digite &quot;tipo&quot; comando SM, 500,3000 n &quot; e clique no botão &quot;consulta&quot;. Esta comanda o PSC para girar em 3.000 passos de 0.1125 ° no sentido horário. Enquanto isso, o CPS chega a um batente mecânico. </li><li> No &quot;Selecione ou digite o comando&quot; do &quot;COM4&quot; painel de teste, escreva &quot;SM, 500, -10 n&quot; e clique no botão &quot;consulta&quot;. O CPS, em seguida, roda a cerca de 1 ° para a esquerda. Verifique se ML é atingido por olhar para o espectro óptico da OSA. ML é atingida quando a largura total à meia altura do espectro óptico é da ordem de algumas dezenas de nanómetros (Figura 5). Se ML é atingido, manter a birrefringência e ângulo fixo e vá para o passo 1.18. </li><li> Se ML não for atingido, repetir 1,15 até que ML ou o ângulo máximo Atainable com o PSC é atingido. </li><li> Se o ângulo de inclinação da PSC é atingido antes de ML ocorre, aumentar a birrefringência do PSC, apertando os parafusos de pressão ligeiramente e repetir os passos 1.14, 1.15 e 1.16 tantas vezes quantas as necessárias para obter ML. </li><li> Uma vez que ML é atingido, diminuir os poderes da bomba para o seu valor mínimo permitindo ML para a auto-start. Para fazer isso, reduzir as forças de bomba até que ML é perdida. Em seguida, trazê-los de volta lentamente para o menor valor que fará com que o ML reaparecer. Desligue as bombas e ligado novamente e verificar se os bloqueios de modo a laser por si só. Aumentar as forças de bomba ligeiramente mais para assegurar o ML é estável e auto-iniciar cada vez que o laser é ligado. </li></ol> 2. Analisando a polarização do sinal de saída <ol><li> Ligar a torneira 1% a um polarímetro comercial. </li><li> Ligue o polarímetro para o computador usando uma porta USB. </li><li> No &quot;Selecione ou digite o comando&quot; do painel de teste &quot;COM4&quot;, type &quot;SM, 500,3000 n&quot; e clique no botão &quot;consulta&quot;. </li><li> Execute o polarímetro controlar software comercial e iniciar a medição de polarização, clicando no botão &quot;Iniciar&quot;. </li><li> No &quot;Selecione ou digite o comando&quot; do &quot;COM4&quot; painel de teste, escreva &quot;SM, 500, -10 n&quot; e clique no botão &quot;consulta&quot;. Observe o estado de polarização no polarímetro. </li><li> Repita o passo 2,5 quantas vezes forem necessárias para cobrir toda a gama de ângulos permitidos pelo PSC intra-cavidade. Observe-se que o estado de polarização varia muito suavemente com o ângulo excepto nos ângulos específicos em que ML é alcançado como pode ser visto, observando ao mesmo tempo a largura do espectro óptico no OSA. </li><li> Repita os passos de 2,3 a 2,6 mas, desta vez, em vez de apenas observar o estado de polarização, gravar os valores dos parâmetros de Stokes S 1, S 2, S 3 e como funçãos do ângulo do PSC (Figura 6). Para ver esses valores claramente, escolha &quot;Measurement- → Oscilloscope&quot; no menu do software e olhar para os valores médios de S 1, S 2 e S 3. Simultaneamente assistir o espectro óptico e registrar os ângulos para os quais o laser é ML. </li></ol> 3. Configurando um feedback loop para automatizar o alinhamento do PSC usando as medidas Polarímetro comerciais <ol><li> Desligar o computador. </li><li> Conecte a porta serial do polarímetro comercial para a porta serial &quot;COM1&quot; do computador. Reinicie o computador e no polarímetro. </li><li> Inicie a interface gráfica do linguagem de programação (GPLI), que permitirá a leitura do polarímetro via &quot;COM1&quot; e o controle do PSC motorizado via &quot;COM4&quot;. </li><li> No GPLI, clique em &quot;VI Blank&quot;. Em seguida, selecione &quot;Janela →Tile Esquerda e Direita &quot;. NOTA: A tela será então dividido em duas partes. O diagrama de blocos é apresentada à direita. Ele é usado para criar o script usando funções diferentes associados com ícones diferentes. O painel frontal é apresentado do lado esquerdo. Ele é usado para exibir os comandos e as medições quando o script está sendo executado. </li><li> Na janela diagrama de blocos do GPLI, desenvolver um script de automação ML para ser usado com o polarímetro comercial (ver Figura 7). NOTA: Este script lê S 1 do polarímetro e usa o seu valor para fornecer feedback e alcançar o alinhamento adequado do ângulo PSC levando a ML. A detecção de ML é alcançado através de pesquisa de uma descontinuidade na variação de S 1 como o ângulo é variável. NOTA: Os comandos utilizados para controlar o PSC via &quot;COM4&quot; são os mesmos que os apresentados nos passos 2.3 e 2.5. O comando para ler S 1 </sub&gt; sobre a polarimeter comercial através de &quot;COM1&quot; é &quot;* SOP? n&quot;. </li><li> Salve o script clicando em &quot;Arquivo → Salvar&quot; e, em seguida, executá-lo clicando no botão &quot;→&quot;. O PSC é trazido de volta à sua parada mecânica, em seguida, ele gira em passos de cerca de 1 ° até ML é atingido, mostrando o valor de S 1 como ele evolui. </li></ol> 4. Construção de um rudimentar caseiro Polarização Analyzer <ol><li> Conectar um osciloscópio para o computador usando a interface GPIB. </li><li> Colocar um polarizador cubo divisor de feixe (PBS) em um banco de óptica. </li><li> Criou três FC / APC collimators porta de fibra óptica com a PBS (Figura 8). NOTA: Uma das portas é a entrada. As outras duas são as saídas para os componentes de polarização X e Y do sinal. </li><li> Ligue um fotodiodo de InGaAs PIN fibra pigtailed à primeira saída. </li><li> Ligue o fotodíodo a um trans-impedacircuito nce (Figura 9). </li><li> Ligue a saída elétrica do circuito para o canal 1 do osciloscópio. </li><li> Ligue o circuito de trans-impedância. </li><li> No GPLI, ler o valor médio da tensão no canal 1 do osciloscópio através da ligação GPIB usando os comandos de &quot;measu: IMM: SOU CH1;&quot; para selecionar o canal 1 do osciloscópio &quot;, measu: IMM: TIPO média;&quot; para definir a medida seja uma tensão média, &quot;measu: IMM: VAL&quot; para obter o valor e, finalmente, &quot;measu: IMM: UNI?&quot; para obter as unidades de medição. Salve o script clicando em &quot;Arquivo → Salvar&quot; e, em seguida, executá-lo clicando no botão &quot;→&quot;. </li><li> Ligar a saída de 1% do laser na porta de entrada do PBS e ligar o laser com uma potência de bomba arbitrária. Isso envia um sinal óptico nm 1.550 para a entrada. </li><li> Meça a tensão média na primeira saída. Em seguida, desligue o fotodiodo de fibra pigtailed e substituir-lo por um poder metros comercial. Medir a potência óptica nesta saída. </li><li> Repetir o passo 4.10, enquanto variar a potência do sinal óptico de entrada. A tensão deve variar linearmente com a potência óptica. Encontre os coeficientes desta relação linear. NOTA: Esta relação vai ser utilizado no passo de obter 4,20 x P a partir da tensão medida. </li><li> Conectar um segundo fotodíodo de PIN de InGaAs fibra Pigtailed para a segunda saída do PBS. </li><li> Ligue o fotodiodo para um segundo circuito trans-impedância. </li><li> Ligue a saída elétrica do circuito ao canal 2 do osciloscópio. </li><li> Ligue o circuito de trans-impedância. </li><li> No GPLI, ler o valor médio da tensão no canal 2 do osciloscópio através da ligação GPIB usando os comandos de &quot;measu: IMM: SOU CH2;&quot; para selecionar o canal 2 do osciloscópio &quot;, measu: IMM: TIPO média;&quot; para definir a medida seja uma tensão média, &quot;measu: IMM: VAL?4; para obter o valor e, finalmente, &quot;measu: IMM: UNI?&quot; para obter as unidades de medição. Salve o script clicando em &quot;Arquivo → Salvar&quot; e, em seguida, executá-lo clicando no botão &quot;→&quot;. </li><li> Ligar o laser com uma potência da bomba arbitrária. </li><li> Meça a tensão média na segunda saída. Em seguida, desligue o fotodiodo de fibra pigtailed e substituí-lo por um poder metros comercial. Medir a potência óptica nesta saída. </li><li> Repetir o passo 4.18, enquanto variar a potência do sinal óptico de entrada. Certifique-se de que a tensão varia linearmente com a potência óptica. NOTA: Encontre os coeficientes desta relação linear. Esta relação vai ser utilizado no passo de obter 4,20 P y da tensão medida. </li><li> Depois de configurar o segundo detector para medir P y, use o GPLI para calcular o primeiro Stokes parâmetro S 1 definido como S 1 = ( <em&gt; P x - P y) / (P x + P y). O analisador de polarização rudimentar caseiro está pronto para usar. </li></ol> 5. Substituir o Polarimeter Commercial pelo caseiro Polarização Analyzer no Process Automation <ol><li> Ligar a saída de 1% do laser à entrada do analisador polarização caseiro (como foi feito na etapa 4.9). </li><li> Medir o primeiro parâmetro de Stokes S 1 como uma função do ângulo do PSC (Figura 10) repetindo o passo 2.7, utilizando o analisador de polarização caseiro (em vez de o polarímetro comercial). Observe o gráfico S 1 atualizar automaticamente a cada passo. Observar um salto descontínuo no valor de S 1 quando ocorre ML (este é o caso durante o uso do polarímetro comercial). NOTA: Use um script GPLI para executar esta tarefa automáticocamente. Este certificado é com base em um ciclo que varia o ângulo de CPS por passos de 1 ° (usando o comando &quot;SM, 500, -10 n&quot; enviado para &quot;COM4&quot;) e lê-se o valor de S 1 da caseiro analisador de polarização em cada passo. </li><li> Modificar o script desenvolvido em 3,5 modo que, em vez de usar o valor dado pelo polarimeter comercial, torna-se P x e y P do analisador de polarização caseiro e, em seguida, calcula S 1 = (P x -P y) / (P x + P Y). </li><li> Utilizar a nova escrita com base no analisador de polarização caseiro para ml, o laser automaticamente de uma maneira semelhante ao passo 3.6. </li></ol>

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<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>

Os autores não têm nada a revelar.

Tem sido demonstrado que é possível automatizar o ml de lasers anel de fibra NPR usando um ciclo de feedback com base nas medições de polarização de saída. Para realizar esta tarefa é crucial para inserir um PSC ajustável na cavidade. O acoplador de saída da cavidade deve ser localizado imediatamente antes do polarizador, a fim de ver a diferença entre o estado de polarização de um sinal CW e um sinal de pulso (Figura 2). A birrefringência do CPS tem de ser pré-ajustada de modo que o ML pode ser encontr...

O objetivo deste artigo é apresentar um procedimento de alinhamento de automação para obter bloqueio modo (ML) em polarização não linear lasers de fibra de rotação. Este procedimento é baseado em dois passos essenciais: Detectar o regime ML medindo a polarização do sinal do laser de saída e em seguida, definindo-se um sistema de controle de auto-start para chegar a ML. lasers de fibra tornaram-se uma ferramenta importante na óptica hoje em dia. Eles são uma fonte eficiente de luz no infravermelho próximo coerente e são agora que se estende para dentro da parte intermédia infravermelha do espectro electromagnético. Seu baixo custo e facilidade de uso fizeram-lhes uma alternativa atraente para outras fontes de luz coerente, tais como lasers de estado sólido. lasers de fibra pode também proporcionar impulsos ultracurtos (100 FSEC ou menos), quando um mecanismo de ML é inserido na cavidade da fibra. Há muitas maneiras de conceber este mecanismo ML, como espelhos de loop não-lineares e absorvedores saturáveis. Um destes, f amplamente utilizadosou a sua simplicidade, baseia-se em rotação de polarização não linear (NPR) do sinal de 1,2. Ele utiliza o fato de que a elipse de polarização do sinal sofre uma rotação proporcional à sua intensidade, uma vez que se propaga nas fibras da cavidade do laser. Através da inserção de um polarizador na cavidade, este NPR leva a perdas dependentes da intensidade durante uma ida e volta do sinal. O laser pode então ser forçados a ML, controlando o estado de polarização. Com efeito, as porções de alta potência do sinal vai ser submetido a menores perdas (Figura 1) e isso irá eventualmente conduzir à formação de pulsos ultracurtos de luz quando o laser é ligado e inicia a partir de um sinal com ruído de baixa potência. No entanto, a desvantagem deste método é que o controlador de estado de polarização (CPS) devem estar devidamente alinhados para obter ML. Normalmente, um operador verifique o ML manualmente através da variação da posição do PSC e analisar o sinal de saída do laser com uma rápida photodiode, um analisador de espectro óptico ou uma auto-correlação em óptica não linear. Assim que a emissão de impulsos é detectada, o operador interrompe variando a posição do PSC uma vez que o laser é ML. Obviamente recebendo a laser para auto-start automaticamente leva a um importante ganho de eficiência. Isto é especialmente verdadeiro quando o laser está sujeita a perturbações mudando o alinhamento ou a configuração da cavidade uma vez que o operador tem que passar pelo procedimento de alinhamento novamente e novamente. Na última década, têm sido propostos diferentes métodos para alcançar esta automatização. Hellwig et al. 3 utilizadas espremedores de piezo-elétrico para controlar a polarização em combinação com uma análise completa do estado de polarização do sinal com um polarímetro de divisão de amplitude de fibra de tudo para detectar ML. Radnarotov et al. 4 utilizadas unidades de placas de cristal líquido com uma análise com base no espectro de RF para detectar ML. Shen et al. 5 utilizadas espremedores de piezo-elétricopara controlar a polarização e a / sistema de contra fotodiodo de alta velocidade para detectar ML. Mais recentemente, uma estratégia baseada em um algoritmo evolutivo foi apresentado no qual a detecção é fornecido por um fotodiodo de alta largura de banda em combinação com um autocorrelador de segunda ordem intensimetric e um analisador de espectro óptico. O controlo é então realizada com duas unidades electronicamente accionados no interior da cavidade 6. Este artigo descreve uma forma inovadora de detectar ML e sua aplicação a uma técnica de automação forçando o laser de fibra para ML. A detecção de ML do laser é conseguido por meio da análise como o estado de polarização de saída do sinal varia com o ângulo da PSC é varrida. Como será mostrado, a transição para ML está associado com uma mudança súbita no estado de polarização detectável por medição de um dos parâmetros de Stokes do sinal de saída. O facto de um impulso é mais intenso do que um sinal CW e vai passar por um exp mais importante NPRLains esta mudança. Uma vez que a saída do laser é localizado imediatamente antes do polarizador na cavidade, o estado de polarização de um pulso neste local é diferente do estado de polarização de um sinal CW (Figura 2) e vai ser utilizada para discriminar o estado ML. Aspectos teóricos deste procedimento e sua primeira implementação experimental foram apresentados em Olivier et al. 7. Neste artigo, a ênfase será sobre os aspectos técnicos do processo, suas limitações e suas vantagens. Esta técnica é relativamente simples de implementar e não requer instrumentos de medição sofisticados para detectar o estado ML e automatizar o alinhamento do laser para obter ML. Um PSC ajustável externamente através de uma interface programável é necessária. Diferentes unidades poderiam ser utilizados, em princípio: espremedores piezo-eléctrico, de cristais líquidos, de onda placas rodado por um motor, cristais magneto-óptica ou um motorizados todo-o de fibra à base CPSN apertando e torcer a fibra 8. Neste artigo, o último é usado, um todo-fibra motorizados Yao tipo PSC. Para detectar o estado de polarização de um polarímetro comercial caro pode ser utilizado. No entanto, uma vez que é necessário apenas o valor do primeiro parâmetro de Stokes, um divisor de feixe de polarização em combinação com dois fotodíodos será suficiente como mostrado neste artigo. Todos estes componentes são baratos para os lasers de fibra dopada com érbio amplamente usados. Um circuito fechado de realimentação baseado neste procedimento podem encontrar ML em poucos minutos. Este tempo de resposta é adequada para a maioria das aplicações de lasers de fibra e é comparável a outras técnicas existentes. Na verdade, o tempo de resposta é limitada pelo sistema electrónico utilizado para analisar a polarização do sinal. Finalmente, embora o processo é aplicado aqui a um laser de fibra similariton 9 dopada com érbio, que poderia ser utilizado para qualquer laser de fibra à base de NPR assim que o equipamento mencionado acima ou seus equivalenT torna-se disponível no comprimento de onda de interesse.

<table><tbody><tr><td>Adaptador de fibra nua</td><td>Bullet</td><td>NGB-14</td><td></td></tr><tr><td>Controlador de polarização drop-in</td><td>General Photonics Corp.</td><td>Polarite PLC-006</td><td>Controlador de polarização manual.</td></tr><tr><td>Polarímetro em linha DSP</td><td>General Photonics Corp.</td><td>Polarímetro POD-101D PolaDetect</td><td>com conectividade USB/serial para computador.</td></tr><tr><td>Cutelo de fibra</td><td>Fitel</td><td>S323</td><td></td></tr><tr><td>FiberPort</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>Acoplador Fixo de Fibra a Fibra PAF-X-2-C</td><td></td></tr><tr><td>Bench</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>FBC-1550-APC</td><td>Qualquer bancada óptica pode ser usada. Um banco de 3 vias seria ainda melhor.</td></tr><tr><td>Splicer de fusão</td><td>Fujikura</td><td>FSM-40PM</td><td></td></tr><tr><td>Controlador de polarização de fibra de alta resolução</td><td>Giga Concept Inc.</td><td>GIG-2201-1300</td><td>Controlador de polarização motorizado totalmente em fibra com conectividade de computador USB.</td></tr><tr><td>Módulo InGaAs PIN PD</td><td>Optoway</td><td>PD-1310</td><td>Fotodiodo pigtail.</td></tr><tr><td>Interface de comunicação de instrumentos</td><td>National Instruments</td><td>NI MAX</td><td>Ele vem embalado com drivers da National Instruments (NI-VISA, NI-DAQmx, etc.)</td></tr><tr><td>Amplificador operacional</td><td>Texas Instruments</td><td>TLO81ACP</td><td></td></tr><tr><td>Medidor de potência óptica</td><td>Newport</td><td>818-IS-1 com analisador de espectro óptico 1835-C</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Anritsu</td><td>MS9710C</td><td></td></tr><tr><td>Osciloscópio</td><td>Tektronix</td><td>TDS2022</td><td>Osciloscópio com conectividade de computador GPIB.</td></tr><tr><td>Módulo divisor de feixe polarizador</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>PSCLB-VL-1550</td><td></td></tr><tr><td>Fita de filme de poliimida</td><td>3M</td><td>5413</td><td>Fita para fixar os componentes na mesa sem danificar as fibras.</td></tr><tr><td>Interface gráfica da linguagem de programação (GPLI)</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW</td><td>Interface para programar em linguagem de programação G e comunicar-se com instrumentos de laboratório.</td></tr><tr><td>Software de controle de</td><td>polarímetro General Photonics Corp.</td><td>PolaView</td><td>Vem com o polarímetro General Photonics POD-101D.</td></tr></tbody></table>

automação de modo de bloqueio em uma rotação do laser da fibra não-linear de polarização através de medidas de polarização de saída

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

Quando o modo de bloqueio de um laser é, ele emite um trem de impulsos ultra-curtos, a uma taxa de repetição determinado pelo comprimento da cavidade do laser. Este artigo descreve um procedimento novo e barato para forçar o bloqueio em modo de um laser de fibra de rotação pré-ajustada de polarização não linear. Este procedimento baseia-se na detecção de uma alteração súbita do estado de polarização de saída quando ocorre bloqueio de modo. Esta mudança é utilizado para comandar o alinhamento do controlador de polarização dentro da cavidade de modo a encontrar condições de bloqueio de modo. Mais especificamente, o valor do primeiro parâmetro de Stokes varia quando o ângulo do controlador de polarização é varrida e, além disso, ele é submetido a uma variação abrupta quando o laser entra no estado de bloqueio de modo. A monitorização deste variação abrupta fornece um sinal prático fácil de detectar que pode ser usado para comandar o alinhamento do controlador de polarização e excitar o laser no sentido de bloqueio de modo. Esta monitorização é conseguida por alimentação de uma pequena porçãodo sinal de um analisador de polarização medindo o primeiro parâmetro de Stokes. Uma mudança súbita na leitura fora deste parâmetro do analisador irá ocorrer quando o laser entra no estado de bloqueio de modo. Neste momento, o ângulo necessário do controlador de polarização é mantido fixo. O alinhamento está completado. Este procedimento fornece uma maneira alternativa de procedimentos automatizadas existentes que usam equipamentos como um analisador de espectro óptico, um analisador de espectro de RF, um fotodiodo ligado a um pulso de balcão electrónico ou de um sistema de detecção não-linear com base na absorção de dois fótons ou geração de segundo harmônico. É apropriado para o modo de lasers bloqueado por rotação de polarização não linear. É relativamente fácil de implementar, que requer meios pouco dispendiosos, especialmente num comprimento de onda de 1550 nm, e que diminui os custos de produção e operação efectuadas em comparação com as técnicas acima mencionadas.

NPR lasers de fibra mode-locked são conhecidos por oferecer uma grande variedade de regimes pulsantes como pulsos Q-switched 10, leguminosas ML coerentes, pulsos de ruído semelhante, estados ligados de pulsos mL, harmônica ML e estruturas complexas de interagir ML pulsa 11. Em que o laser descrito aqui, após o birrefringência do CPS foi fixado para ser capaz de obter ML, a potência da bomba foi ajustada para ser relativamente perto do limiar de ML-pulso único. Ao fa...

Um protocolo para detectar e automatizar o bloqueio de modo em um laser de fibra de rotação de polarização não linear pré-ajustado é apresentado. A detecção de uma mudança repentina no estado de polarização de saída quando ocorre o bloqueio de modo é usada para comandar o alinhamento de um controlador de polarização intra-cavidade para encontrar condições de bloqueio de modo.

Automação de Modo de bloqueio em uma rotação do laser da fibra não-linear de polarização através de medidas de polarização de saída

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 ...

O objetivo geral deste procedimento é detectar um travamento de modo automatizado em um laser de fibra com rotação não linear de polarização previamente ajustado. Este procedimento fornece uma alternativa aos métodos automatizados existentes baseados em analisador de espectro de radiofrequência, analisador de espectro óptico, esquema de detecção não linear ou dispositivo de contagem de pulsos. Suas principais vantagens são o custo relativamente baixo, a facilidade de implementação e o fato de exigir apenas uma pequena fração da saída do laser, derivada para monitoramento.Esta animação mostra o conceito de bloqueio de modo baseado na rotação não linear da polarização. O sinal é polarizado pelo polarizador e, em seguida, transformado em um estado de polarização elíptica pelo controlador de polarização. A não linearidade presente nas fibras da cavidade força uma rotação dessa elipse, que é proporcional à potência instantânea do sinal.A transmissão no polarizador final favorecerá assim a passagem das partes do sinal com alta potência, levando à formação de um pulso. Ao posicionar um analisador de polarização logo antes do polarizador final, é possível detectar um pulso na cavidade discriminando entre estados de polarização. Isso é possível porque um pulso sofrerá uma rotação não linear de polarização maior do que um sinal contínuo durante uma volta completa na cavidade.O primeiro passo é montar um sistema a laser de fibra em uma plataforma estável. Para começar, monte a cavidade em anel do laser, que é o núcleo deste experimento, em uma bancada óptica. Este esquema fornece uma visão geral para orientação.A luz propaga-se no sentido horário. Para entender a montagem, comece com um polarizador. Utiliza-se um polarizador com fibra pigtail.É soldado por fusão a um trecho de fibra revestida com poliimida que é inserido em um controlador de estado de polarização do tipo yow com motorização e fibra inteira. A presença desse componente é essencial para o procedimento de automação. Após o controlador de polarização, coloque um divisor de comprimento de onda de 980/1550 nanômetros que é bombeado por um diodo a laser de 976 nanômetros.Em seguida, faça a luz passar por uma fibra óptica dopada com érbio de modo único que atua como meio de ganho. A fibra dopada com érbio brilha em verde quando é bombeada, conforme mostrado aqui. A fibra dopada com érbio é conectada por fusão a um multiplexador híbrido de divisão de comprimento de onda de 980/1550 nanômetros e a um isolador de 1550 nanômetros.É bombeado por um segundo diodo laser. O elemento final no circuito da cavidade é um acoplador de saída 50-50 que deve ser colocado logo antes do polarizador. A posição do acoplador de saída da cavidade é muito importante, pois o analisador de polarização receberá seu sinal de entrada a partir desse acoplador.Deve estar localizado logo antes do polarizador para maximizar o efeito da rotação de polarização não linear. A saída de uma cavidade vai para um divisor 99:1, com 99% indo para a saída utilizável. Os 1% restantes passam por um controlador de polarização manual e fornecem retroalimentação para o bloqueio automático de modos.O próximo passo é conectar o controlador de polarização motorizado a um controlador de computador. Primeiro, conecte o controlador de polarização com apertador de fibra intra-cavidade ao seu módulo de acionamento. Em seguida, conecte o módulo de acionamento à porta USB do computador.Retorne às fibras de saída do laser na bancada e selecione a saída de 99%. Conecte a saída de 99% a um analisador de espectro óptico utilizando um adaptador barefit. Ligue os lasers de bombeamento e dirija-se ao computador para iniciar a interface do instrumento.Use a interface para comandar o controlador de polarização a girar 3000 passos no sentido horário. Durante a rotação, o controlador atingirá um ponto de parada mecânica. Em seguida, comande o controlador de polarização a girar aproximadamente um grau no sentido anti-horário.Observe o espectro no analisador óptico de espectro para determinar se o bloqueio de modos foi alcançado. Os espectros são representativos dos regimes bloqueados por modo quase contínuo e por chaveamento Q. Em comparação com os regimes quase contínuo e por chaveamento Q, o espectro bloqueado por modo é muito amplo.Gire o controlador de polarização no sentido anti-horário em etapas de um grau. Quando o bloqueio de modo for alcançado, fixe o ângulo antes de prosseguir. Neste momento, prepare-se para buscar os limiares de potência da bomba.Reduza a potência da bomba até que o travamento de modo seja perdido. Em seguida, aumente a potência da bomba para um valor logo acima do limiar de travamento de modo. Observe o espectro de travamento de modo e, então, desligue e religue a potência do laser para garantir que o laser trave o modo por si só.Para confirmar o estado de bloqueio de modos, desconecte a fibra do analisador de espectro. Conecte a fibra a um conjunto com fotodiodo rápido para exibir um sinal em um osciloscópio. O estado de bloqueio de modos produz uma sequência de pulsos com uma taxa de repetição de cerca de 82 megahertz.O próximo passo é preparar-se para analisar a polarização da saída do laser. Para isso, utilize um analisador de polarização comercial, também chamado de polarímetro, e conecte a fibra do acoplador de 1%. A disposição final dos equipamentos para o experimento é mostrada neste esquema.O computador pode controlar o analisador de polarização. Use o computador para posicionar o controlador de polarização em seu ponto de parada mecânica e para encerrar o software do polarímetro. Neste momento, o analisador de espectro óptico exibe um espectro não modulado por bloqueio de modo.No software do polarímetro, inicie as medições de polarização clicando no botão de início. Gire o controlador de polarização no sentido anti-horário em incrementos de um grau. Conforme for explorada a faixa de ângulos permitida pelo controlador de polarização intercavidade, observe o estado de polarização utilizando o software do polarímetro.Continue explorando os ângulos até que haja evidência de travamento de modos. Observe que a polarização permanece muito estável com o ângulo, exceto onde o travamento de modos é alcançado. Observe o espectro no analisador de espectros para verificar se a assinatura do travamento de modos está evidente.Volte ao computador para continuar. Novamente, gire o controlador de polarização no sentido horário até que não possa mais girar. No software do polarímetro, prepare-se para monitorar os parâmetros de Stokes em função do ângulo.Aqui eles estão ordenados de S zero a S três de cima para baixo. Ajuste os ângulos do controlador de polarização em incrementos de um grau enquanto registra e visualiza os valores de S um, S dois e S três. Pode-se observar que S um apresenta uma variação abrupta quando ocorre a transição para a operação em modo acoplado.Em uma linguagem de programação gráfica, escreva um script que encontrará automaticamente a condição de travamento de modo. A lógica desse script é apresentada neste fluxograma. Basicamente, o script começará com o controlador de estado de polarização no limite mecânico e aumentará seu ângulo em passos de um grau, lendo a cada passo o valor de S um do polarímetro.Assim que o valor de S um aumentar em mais do que um valor predeterminado de limite de zero vírgula três em um único passo, o script será interrompido, já que o bloqueio de modos deve ter sido alcançado. Em seguida, execute o script. Esta versão do script exibe a evolução do parâmetro de Stokes S um à medida que o ângulo é incrementado.À medida que a varredura angular começa, o laser não está com bloqueio de modo. Conforme o controlador de polarização gira, o valor de S um e o espectro óptico do laser estão evoluindo. Quando o script é concluído, o bloqueio de modo é alcançado, como visto pelo espectro óptico amplo.O próximo passo é criar um substituto para o polarímetro comercial. Use um osciloscópio conectado ao computador com uma interface GPIB. Em seguida, concentre-se nos componentes ópticos do polarímetro substituto.Há um divisor de feixe polarizador no centro, alinhado com três colimadores de porta fibra óptica FC-APC. A luz é inserida no divisor de feixe pela porta superior. A luz polarizada verticalmente sai do sistema pela porta direita.A luz polarizada horizontalmente é emitida pela porta inferior. O analisador de polarização também exige a fabricação de dois circuitos eletrônicos idênticos. Aqui, os dois circuitos amplificadores transimpedância estão na mesma placa brilhante.O layout de um circuito individual está neste diagrama. Primeiro, um fotodiodo de arsenieto de gálio índio detecta um sinal de 1550 nanômetros. O fotodiodo está conectado a um amplificador operacional, um resistor e um capacitor.A saída do circuito é conectada a um osciloscópio e fornece uma medida da potência óptica média. Na bancada, comece conectando as saídas do divisor de feixe aos circuitos. Primeiro, conecte uma saída a um fotodiodo de arsenieto de índio e gálio.Em seguida, conecte a saída do circuito amplificador transimpedância ao canal um do osciloscópio. Ligue o osciloscópio e o circuito amplificador transimpedância. Desconecte a saída de 1% do laser do polarímetro comercial.Conecte a saída à porta de entrada do divisor de feixe polarizador. Ligue o laser em uma potência de bombeamento arbitrária para enviar um sinal óptico de 1550 nanômetros. No computador, execute um script para ler a tensão média no canal um do osciloscópio.Retorne aos elementos ópticos do analisador de polarização. Desconecte a saída do divisor de feixe polarizador do fotodiodo. Em vez disso, conecte a saída do divisor de feixe a um medidor de potência comercial.Leia e registre a potência óptica para esta potência de bombeamento. Continue variando a potência do sinal óptico de entrada e, em seguida, medindo a tensão média e a potência óptica. Após várias medições, um gráfico da tensão versus potência deve ser linear.Determine os coeficientes dessa relação linear. Siga o mesmo procedimento com a segunda saída do divisor de feixe para chegar à configuração final do analisador de polarização. Ambas as saídas de polarização vertical e horizontal são conectadas a circuitos amplificadores.Cada circuito possui um canal dedicado no osciloscópio, que é lido pelo computador. Agora, incorpore o novo analisador de polarização ao processo automatizado de travamento de modo. Abra os scripts escritos para buscar descontinuidades no fenômeno de Stokes S₁ como função do ângulo do controlador de polarização.Para modificá-lo, basta alterar a determinação de S um a partir do aparelho. Para este analisador, calcule S um utilizando esta fórmula. Os valores de potência PX e PY são obtidos a partir da relação linear medida entre tensão e potência para cada polarização.Quando concluído, inicie o script. Esta versão do script exibe a evolução do parâmetro de Stokes S um à medida que o ângulo é incrementado. À medida que a varredura angular começa, o laser não está com bloqueio de modo.À medida que o controlador de polarização gira, o valor de S um e o espectro óptico do laser estão evoluindo. Quando o script é concluído, o bloqueio de modos é alcançado, como visto pelo espectro óptico amplo. Este é um gráfico típico do parâmetro de Stokes S um em função do ângulo do controlador de estado de polarização motorizado.S um é calculado usando valores de potência medidos a partir de um analisador de polarização não comercial. Uma mudança abrupta ocorre quando o laser atinge o estado de bloqueio de modo. Um script automatizado escrito para interromper a variação do ângulo do controlador de polarização em uma descontinuidade pode encontrar o bloqueio de modo em poucos minutos.O procedimento pode identificar a travamento de modo em poucos minutos. Sua implementação não afeta o projeto da cavidade a laser e requer apenas que 1% do sinal de saída seja monitorado, restando 99% para as aplicações pretendidas. Para que o procedimento funcione adequadamente, os parâmetros do laser, como sua potência de pico e a birrefringência do controlador de polarização, devem ser pré-ajustados corretamente, a fim de evitar regimes indesejados de operação, como pulsos múltiplos ou pulsos semelhantes a ruído.Será necessário trabalho adicional para estudar a aplicabilidade deste procedimento a diferentes projetos de laser e comprimentos de onda de operação. Acreditamos que este procedimento possa ser utilizado em sistemas a laser de fibra comerciais, onde se espera que o bloqueio de modos ocorra automaticamente na inicialização.

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Engineering

Engenharia

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Automação de Modo de bloqueio em uma rotação do laser da fibra não-linear de polarização através de medidas de polarização de saída

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