Автоматизация режима блокировки в нелинейной поляризации Вращение волоконного лазера через выход поляризационных измерений

Общая цель этой процедуры заключается в обнаружении автоматической синхронизации мод в предварительно настроенном волоконном лазере с нелинейной поляризацией вращения. Данная методика представляет собой альтернативный способ существующей процедуры автоматизации на основе анализатора радиочастотного спектра, анализатора оптического спектра, нелинейной схемы детектирования или устройства подсчета пауз. Его основные преимущества заключаются в том, что он относительно недорогой, его легко внедрить и для мониторинга требуется лишь небольшая часть выходного лазера.

В этой анимации показана концепция синхронизации мод на основе вращения с нелинейной поляризацией. Сигнал поляризуется поляризатором, а затем преобразуется в эллиптическое поляризационное состояние с помощью контроллера поляризации. Текущая нелинейность в волокнах полости вызывает вращение этого эллипса, пропорциональное мгновенной мощности сигнала.

Таким образом, передача на конечном поляризаторе будет способствовать передаче высокомощных участков сигнала, что приведет к формированию импульса. Расположив поляризационный анализатор непосредственно перед конечным поляризатором, можно обнаружить импульс в резонаторе путем различения поляризационных состояний. Это достижимо, потому что импульс будет подвергаться большему нелинейному поляризационному вращению, чем непрерывный волновой сигнал во время кругового путешествия в резонаторе.

Первым шагом является установка волоконной лазерной системы на устойчивую платформу. Для начала установите резонатор лазерного кольца, лежащий в основе этого эксперимента, на оптическом стенде. На этой схеме представлен обзор ориентации.

Свет распространяется по часовой стрелке. Чтобы понять настройку, начните с поляризатора. Используется волоконный поляризатор с косичкой.

Он сращен с участком волокна с полиимидным покрытием, которое вставлено в полностью волокнистый моторизованный контроллер состояния поляризационного типа. Наличие этого компонента имеет важное значение для процедуры автоматизации. После контроллера поляризации поместите мультиплексор с разделением по длине волны 980/1550 нм, который управляется лазерным диодом 976 нм.

Затем пропустите свет через одномодовое оптическое волокно, легированное эрбием, которое является средой усиления. Легированное эрбием волокно светится зеленым цветом при накачке, как показано здесь. Волокно, легированное эрбием, сращивается с гибридным мультиплексором с разделением по длине волны 980/1550 нм и изолятором 1550 нм.

Он накачивается вторым лазерным диодом. Последним элементом в контуре резонатора является выходной ответвитель 50 на 50, который должен быть установлен непосредственно перед поляризатором. Положение выходного ответвителя резонатора действительно важно, так как поляризационный анализатор будет получать входные сигналы от этого ответвителя.

Он должен быть расположен непосредственно перед поляризатором, чтобы максимизировать эффект нелинейного вращения поляризации. Выход из полости поступает на разветвитель 99:1, а 99% идет на полезный выход. 1% проходит через ручной контроллер поляризации и обеспечивает обратную связь для автоматической блокировки режима.

Следующим шагом является подключение моторизованного поляризационного контроллера к компьютерному контроллеру. Сначала подключите контроллер поляризации межполостного оптоволоконного выжимки к его приводному модулю. Затем подключите модуль управления к USB-порту компьютера.

Вернитесь к выходу волокон лазера на стенде и выберите выход 99%. Подключите выходной сигнал 99% к анализатору оптического спектра с помощью адаптера Barefit. Включите лазеры накачки и перейдите к компьютеру, чтобы запустить интерфейс прибора.

Используйте интерфейс, чтобы дать команду контроллеру поляризации повернуться на 3000 шагов по часовой стрелке. Во время вращения контроллер достигнет механической остановки. Затем дайте команду регулятору поляризации повернуться примерно на один градус против часовой стрелки.

Наблюдайте за спектром на анализаторе оптического спектра, чтобы определить, была ли достигнута блокировка режимов. Спектры являются репрезентативными для квазинепрерывных режимов с синхронизацией мод и режимов модуляции добротности. По сравнению с квазинепрерывным режимом и режимом модуляции добротности, спектр синхронизации мод очень широк.

Поверните регулятор поляризации против часовой стрелки с шагом в один градус. Когда будет достигнута блокировка режима, зафиксируйте угол, прежде чем двигаться дальше. На этом этапе подготовьтесь к поиску пороговых значений мощности насоса.

Уменьшите мощность насоса до тех пор, пока блокировка режима не будет потеряна. Затем увеличьте мощность насоса до уровня, чуть превышающего порог блокировки режима. Наблюдайте за спектром синхронизации мод, затем выключите и снова включите питание лазера, чтобы убедиться, что режим лазера блокируется сам по себе.

Чтобы подтвердить состояние блокировки режима, отключите оптоволокно от анализатора спектра. Подключите оптоволокно к быстрому фотодиоду для отображения сигнала на осциллографе. В состоянии синхронизации мод возникает импульсная деформация с частотой повторения около 82 мегагерц.

Следующим этапом является подготовка к анализу поляризации выходного сигнала лазера. Для этого используйте коммерческий поляризационный анализатор, также называемый поляриметром, и вводите волокно из 1%-го отвода. Окончательная расстановка оборудования для эксперимента изображена на этой схеме.

Компьютер может управлять поляризационным анализатором. С помощью компьютера установите на него регулятор поляризации, произойдет механический упор и остановка программного обеспечения поляриметра. На этом этапе анализатор оптического спектра отображает спектр без синхронизации мод.

В программном обеспечении поляриметра начните измерения поляризации, нажав кнопку «Пуск». Перемещайте регулятор поляризации против часовой стрелки с шагом в один градус. По мере изучения диапазона углов, допускаемых контроллером межрезонаторной поляризации, наблюдайте за состоянием поляризации с помощью программного обеспечения поляриметра.

Продолжайте исследовать углы до тех пор, пока не появятся доказательства синхронизации режимов. Обратите внимание, что поляризация остается очень плавной с углом, за исключением тех мест, где достигается синхронизация мод. Наблюдайте за спектром на анализаторе спектра, чтобы убедиться в том, что сигнатура блокировки режимов очевидна.

Вернитесь к компьютеру, чтобы продолжить. Еще раз поверните регулятор поляризации по часовой стрелке до тех пор, пока он больше не сможет вращаться. В программном обеспечении поляриметра приготовьтесь контролировать параметры Стокса в зависимости от угла.

Здесь они упорядочены от S ноль до S три сверху вниз. Шаг по углам регулятора поляризации с шагом в один градус при записи и просмотре значений S 1, S 2 и S 3. Можно видеть, что S претерпевает резкое изменение при переходе к синхронизации режимов.

На графическом языке программирования напишите скрипт, который будет автоматически находить условие блокировки режима. Логика работы этого скрипта приведена в данной блок-схеме. По сути, скрипт будет начинаться с контроллера состояния поляризации на механическом упоре и будет увеличивать его угол с шагом в один градус, считывая значение S единица с поляриметра на каждом шаге.

Как только значение S one увеличится более чем на заранее заданное пороговое значение нуля целых три десятых за один шаг, скрипт остановится, так как должна быть достигнута блокировка режима. Далее запустите скрипт. В этой версии скрипта отображается эволюция параметра Стокса S one при увеличении угла.

Когда начинается угловая развертка, лазер не блокируется по режиму. При вращении контроллера поляризации величина S one и оптический спектр лазера изменяются. Когда сценарий завершен, достигается синхронизация режимов, как видно из широкого оптического спектра.

Следующим шагом будет изготовление замены коммерческому поляриметру. Используйте осциллограф, подключенный к компьютеру с интерфейсом GPIB. Далее обратите внимание на оптические компоненты запасного поляриметра.

В центре находится поляризационный светоделитель, совмещенный с тремя коллиматорами с оптоволоконным портом FC-APC. Свет подается в светоделитель из порта сверху. Вертикально поляризованный свет выходит из системы через правый порт.

Горизонтально поляризованный свет выводится из нижнего порта. Поляризационный анализатор также требует изготовления двух идентичных электронных схем. Здесь две схемы трансимпедансного усилителя находятся на одной яркой плате.

Схема расположения отдельной цепи представлена на этой схеме. Во-первых, фотодиод арсенида индия-галлия обнаруживает сигнал с точностью 1550 нанометров. Фотодиод подключается к операционному усилителю, резистору и конденсатору.

Выход схемы подключается к осциллографу и обеспечивает измерение средней оптической мощности. На стенде начните подключение выходов светоделителя к цепям. Сначала подключите один выход к фотодиоду на основе арсенида индия-галлия.

Далее подключите выход схемы трансимпедансного усилителя к первому каналу осциллографа. Включите осциллограф и схему трансимпедансного усилителя. Отключите 1% выходной мощности лазера от коммерческого поляримитера.

Подключите выход к входному порту поляризационного светоделителя. Включите лазер на произвольной мощности накачки, чтобы отправить оптический сигнал с точностью до 1550 нанометров. На компьютере запустите скрипт для считывания среднего напряжения на первом канале осциллографа.

Вернемся к оптическим элементам поляризационного анализатора. Отключите выход поляризационного светоделителя от фотодиода. Вместо этого подключите выход светоделителя к коммерческому измерителю мощности.

Считывание и запись оптической мощности для этой мощности насоса. Продолжайте изменять мощность входного оптического сигнала, а затем измеряйте среднее напряжение и оптическую мощность. После нескольких измерений график зависимости напряжения от мощности должен быть линейным.

Определим коэффициенты этой линейной зависимости. Проделайте ту же процедуру со вторым выходом светоделителя, чтобы получить окончательную настройку поляризационного анализатора. Как вертикальный, так и горизонтальный поляризационные выходы подключены к схемам усилителя.

Каждая схема имеет выделенный канал осциллографа, который считывается компьютером. Теперь включите новый поляризационный анализатор в автоматизированный процесс синхронизации режимов. Откройте скрипты, написанные для поиска разрыва в явлении Стокса Sone как функции угла регулятора поляризации.

Для его модификации требуется только изменение определения S единицы из прибора. Для этого анализатора вычислим S единицу по этой формуле. Значения мощности PX и PY находятся на основе измеренной линейной зависимости между напряжением и мощностью для каждой поляризации.

Когда закончите, запустите скрипт. В этой версии скрипта отображается эволюция параметра Стокса S one при увеличении угла. Когда начинается угловая развертка, лазер не блокируется по режиму.

При вращении контроллера поляризации величина S one и оптический спектр лазера изменяются. Когда сценарий завершен, достигается синхронизация режимов, как видно из широкого оптического спектра. Это типичный график зависимости параметра Стокса S one от угла моторизованного регулятора поляризационного состояния.

S one рассчитывается с использованием значений мощности, измеренных с помощью некоммерческого поляризационного анализатора. Резкое изменение происходит, когда лазер достигает состояния синхронизации мод. Автоматизированный сценарий, написанный для прекращения изменения угла регулятора поляризации на разрыве, может найти блокировку режима в течение нескольких минут.

Процедура может найти блокировку режима в течение нескольких минут. Его реализация не влияет на конструкцию лазерного резонатора и требует контроля только 1% выходного сигнала, оставляя 99% для предполагаемых применений. Для выполнения процедуры лазер должен быть предварительно правильно отрегулирован такими параметрами, как его ударная мощность и двойное лучепреломление контроллера поляризации, чтобы избежать нежелательных режимов работы, таких как множественные пульсирующие или шумоподобные импульсы.

Потребуются дополнительные работы для изучения применимости этой процедуры к различным конструкциям лазеров и рабочим длинам волн. Мы считаем, что эта процедура может быть использована в коммерческих системах волоконных лазеров, где ожидается, что синхронизация режимов произойдет автоматически при запуске.