Automatisering af Mode Locking i en ikke-lineær polarisering Rotation Fiber Laser via Output polarisationsmålinger

Summary

A protocol to detect and automate mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser is presented. The detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs is used to command the alignment of an intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions.

Abstract

Når en laser er mode-locked, udsender et tog af ultrakorte impulser impulsfrekvens bestemt af laserkaviteten længde. Denne artikel beskriver en ny og billig procedure at tvinge tilstand låsning i en præ-justerede ikke-lineær polarisering rotation fiberlaser. Denne procedure er baseret på påvisning af en pludselig ændring i output polarisering tilstand, når tilstanden låsning sker. Denne ændring bliver brugt til at kommandere tilpasningen af ​​intra-hulrum polarisering controller for at finde tilstand-låsning betingelser. Mere specifikt værdien af ​​den første Stokes parameter varierer, når vinklen af ​​polariseringskontrolenhed bestryges, og desuden det undergår en brat variation, når laseren går til tilstanden-låste tilstand. Overvågning denne bratte variation tilvejebringer en praktisk nem at detektere signal, der kan bruges til at kommandere justeringen af ​​polariseringskontrolenhed og drive laseren hen imod tilstanden låsning. Denne overvågning er opnået ved at tilføre en lille delaf signalet til en polarisering analysator måle første Stokes parameter. En pludselig ændring i læse ud af denne parameter fra analysatoren vil forekomme, når laseren går til tilstanden-låste tilstand. På dette tidspunkt er den ønskede vinkel af polariseringskontrolenhed holdes fast. Tilpasningen er afsluttet. Denne procedure giver en alternativ måde til eksisterende Automatisering procedurer, der anvender udstyr såsom en optisk spektrumanalysator, en RF spektrum analysator, en fotodiode forbundet til en elektronisk impuls-tæller eller en ikke-lineær detektering, der er baseret på to-foton absorption eller anden harmoniske generation. Den er velegnet til lasere tilstand låst ved ikke-lineær polarisering rotation. Det er relativt let at gennemføre, kræver billige midler, især ved en bølgelængde på 1550 nm, og det sænker omkostningerne produktion og drift afholdt i sammenligning med de ovennævnte teknikker.

Introduction

Formålet med denne artikel er at præsentere en automatisering tilpasning procedure for at få tilstanden låsning (ML) i ikke-lineær polarisering rotation fiberlasere. Denne procedure er baseret på to væsentlige trin: Registrering af ML regime ved at måle polarisationen af ​​udgangssignalet fra laseren og derefter etablering en selvstændig starte styresystemet at komme til ML.

Fiber lasere er blevet et vigtigt redskab i optik dag. De er en effektiv kilde til sammenhængende nær-infrarødt lys, og de er nu strækker sig ind i midten af ​​infrarøde del af det elektromagnetiske spektrum. Deres lave omkostninger og brugervenlighed har gjort dem til et attraktivt alternativ til andre kilder til kohærent lys, såsom solid-state lasere. Fiber lasere kan også give ultrakorte pulser (100 fsec eller mindre), når der indsættes en ML mekanisme i fiber hulrum. Der er mange måder at designe denne ML mekanisme såsom ikke-lineære loop spejle og mættes absorbere. En af disse, udbredt feller dets enkelhed, er baseret på ikke-lineær polarisering rotation (NPR) af signalet ^1,2. Den bruger, at polariseringen ellipse af signalet undergår en rotation proportional med dens intensitet, idet den udbreder i fibrene i laserkaviteten. Ved at indsætte en polarisator i hulrummet, dette NPR fører til intensitet-afhængige tab i en roundtrip af signalet.

Laseren kan derefter tvinges til ML ved at kontrollere polarisationstilstand. Effektivt, vil de high-power dele af signalet udsættes for mindre tab (figur 1), og dette vil i sidste ende føre til dannelsen af ultrakorte lysimpulser, når laseren tændes og starter fra en energibesparende støjende signal. Ulempen ved denne metode er imidlertid, at polarisationstilstanden controller (PSC) skal være korrekt justeret for at få ML. Normalt en operatør finder ML manuelt ved at variere positionen af ​​PSC og analysere udgangssignalet fra laseren med en hurtig photodiode, en optisk spektrum analysator eller en ikke-lineær optisk auto-korrelator. Så snart emission af pulser detekteres, stopper operatøren at variere positionen af ​​PSC da laseren er ML. Naturligvis få laseren til selv-start fører automatisk til en vigtig gevinst i effektivitet. Dette gælder især, når laseren er underlagt perturbationer skiftende opretningen eller hulrummet konfiguration eftersom operatøren skal igennem justeringsproceduren igen og igen. I det sidste årti er der blevet foreslået forskellige metoder til at opnå denne automatisering. Hellwig et al. ³ anvendes piezoelektriske knuserne at kontrollere polarisering i kombination med en fuldstændig analyse af polarisationstilstanden af signalet med en all-fiber division-of-amplitude polarimeter til påvisning ML. Radnarotov et al. ⁴ brugte væske-krystal plade kvikskranker med en analyse baseret på RF-spektret til at opdage ML. Shen et al. ⁵ anvendes piezoelektriske knuserneat styre polarisering og en fotodiode / høj hastighed counter system til at detektere ML. For nylig blev en strategi baseret på en evolutionær algoritme præsenteret ved hvilken påvisningen leveres af en høj båndbredde fotodiode i kombination med en intensimetric anden ordens autokorrelator og en optisk spektrumanalysator. Styringen udføres derefter med to elektronisk drevne PSC'er inde i hulrummet ^6.

Denne artikel beskriver en innovativ måde at detektere ML og dens anvendelse på en automatisering teknik tvinger fiberlaser til ML. Påvisningen af ​​ML af laseren opnås ved at analysere, hvordan output polarisationstilstand af signalet varierer som vinklen af ​​PSC fejes. Som det vil fremgå, er overgangen til ML forbundet med en pludselig ændring i polariseringstilstanden detekterbare ved måling af en af ​​Stokes parametre for udgangssignalet. Det faktum, at en puls er mere intens end en CW signal og vil undergå en vigtigere NPR explains denne ændring. Da udgangssignalet fra laseren er umiddelbart placeret før polarisatoren i hulrummet, polarisationstilstanden af en impuls på denne placering er forskellig fra den polarisering tilstand af et CW-signal (figur 2) og vil blive anvendt til at skelne ML tilstand. Teoretiske aspekter af denne procedure, og dens første eksperimentelle implementering blev præsenteret i Olivier et al. ^7. I denne artikel, vil blive lagt vægt på de tekniske aspekter af proceduren, sine begrænsninger og sine fordele.

Denne teknik er relativt simpelt at implementere og kræver ikke avancerede måleinstrumenter til at detektere ML tilstand og automatisere opretningen af ​​laseren for at få ML. En PSC justerbar eksternt via en programmerbar interface skal. Forskellige PSC kan anvendes principielt: piezoelektriske-presser, flydende krystal, bølge-plader roteres af en motor, magnetisk-optiske krystaller eller et motoriseret all-fiber PSC baseret on klemme og vride fiberen ^8. I denne artikel, er det sidstnævnte bruges, en all-fiber motoriseret Yao-typen PSC. For at detektere polarisationstilstanden et dyrt kommerciel polarimeter kan anvendes. Men da det kun er værdien af ​​den første Stokes parameter er påkrævet, vil en polariserende stråledeler i kombination med to fotodioder være tilstrækkeligt som vist i denne artikel.

Alle disse komponenter er billigt for de udbredte erbiumdoteret fiberlasere. En feedback-sløjfe baseret på denne fremgangsmåde kan finde ML i et par minutter. Denne svartid er egnet til de fleste anvendelser af fiberlasere og kan sammenlignes med de øvrige eksisterende teknikker. Faktisk er svartiden begrænset af elektronikken anvendt til at analysere polarisering af signalet. Endelig, selv om proceduren anvendes her til en similariton ⁹ erbiumdoterede fiberlaser, det kunne anvendes til enhver NPR baseret fiberlaser, så snart den ovennævnte udstyr eller dets equivalent bliver tilgængelig ved bølgelængden af ​​interesse.

Protocol

1. Opsætning af en Fiber ML Fiber Laser Herunder en motoriseret PSC Saml følgende komponenter: en single-mode erbium-doteret fiber, en 980/1550 nm bølgelængde division multiplexer (WDM), en 980/1550 nm WDM-1550 nm isolator hybrid komponent, en 50/50 fiber kobling, en fiber polarisator, en motoriseret PSC, to 980 nm laser pumpe dioder, en 99/1 fiberkobler og en manuel inline PSC. Skær erbiumdoterede fiber og alle de andre fiber-pigtailed komponenter til at passe med den ønskede hulrum design. <…

Representative Results

NPR mode-locked fiberlasere er kendt for at levere en lang række pulserende regimer som Q-switched pulser 10, sammenhængende ML impulser, støj-lignende impulser, bundne tilstande af ML bælgfrugter, harmonisk ML og komplekse strukturer interagere ML pulser 11. I laseren beskrevet her, efter dobbeltbrydning af PSC blev fastlagt til at være i stand til at få ML, blev pumpeeffekten justeret til at være relativt nær tærsklen til enkelt-impuls ML. Herved blev ant…

Discussion

Det er blevet vist, at det er muligt at automatisere ML af NPR fiber ring lasere ved hjælp af en feedback-sløjfe baseret på output polarisationsmålinger. For at realisere denne opgave er det afgørende at indsætte en justerbar PSC i hulrummet. Udgangskobleren af hulrummet skal være placeret lige før polarisatoren for at se en forskel mellem polarisationstilstanden af en CW signal og et pulssignal (figur 2). Den dobbeltbrydning af PSC skal præ-justeres, således at ML kan findes og pumpeeffekten …

Materials

Bare-Fiber adaptor	Bullet	NGB-14
Drop-in polarization controller	General Photonics Corp.	Polarite PLC-006	Manual polarization controller.
DSP In-line polarimeter	General Photonics Corp.	POD-101D PolaDetect	Polarimeter with USB/serial computer connectivity.
Fiber Cleaver	Fitel	S323
FiberPort	Thorlabs Inc.	PAF-X-2-C
Fixed Fiber-to-Fiber Coupler Bench	Thorlabs Inc.	FBC-1550-APC	Any optical bench could be used. A 3-way bench would even be better.
Fusion Splicer	Fujikura	FSM-40PM
High resolution all fiber polarization controller	Giga Concept Inc.	GIG-2201-1300	All-fiber motorized polarization controller with USB computer connectivity.
InGaAs PIN PD module	Optoway	PD-1310	Pigtailed photodiode.
Instrument communication interface	National Instruments	NI MAX	It comes packaged with National Instruments drivers (NI-VISA, NI-DAQmx, etc.)
Operational amplifier	Texas Instruments	TLO81ACP
Optical Powermeter	Newport	818-IS-1 with 1835-C
Optical spectrum analyzer	Anritsu	MS9710C
Oscilloscope	Tektronix	TDS2022	Oscilloscope with GPIB computer connectivity.
Polarizing beamsplitter module	Thorlabs Inc.	PSCLB-VL-1550
Polyimide Film Tape	3M	5413	Tape to fix the components on the table without damaging the fibers.
Graphical programming language interface (GPLI)	National Instruments	LabVIEW	Interface to program in G Programming Language and communicate with laboratory instruments.
Polarimeter controlling software	General Photonics Corp.	PolaView	Comes with the polarimeter General Photonics POD-101D.