Çıktı Polarizasyon Ölçümler aracılığıyla Doğrusal Olmayan Polarizasyon Rotasyon Fiber Lazer Mod Kilitleme Otomasyonu

Bu prosedürün genel amacı, önceden ayarlanmış doğrusal olmayan polarizasyon rotasyonlu fiber lazerde otomatik mod kilitlemesini tespit etmektir. Bu prosedür, bir RF spektrum analizörüne, bir optik spektrum analizörüne, doğrusal olmayan bir algılama şemasına veya bir duraklama sayma cihazına dayalı mevcut otomatikleştirme prosedürüne alternatif bir yol sağlar. Başlıca avantajları, nispeten ucuz olması, uygulanmasının kolay olması ve izleme için lazer çıktısının yalnızca küçük bir kısmının kullanılmasını gerektirmesidir.

Bu animasyon, doğrusal olmayan polarizasyon dönüşüne dayalı mod kilitleme kavramını gösterir. Sinyal, polarizör tarafından polarize edilir ve daha sonra polarizasyon kontrolörü tarafından eliptik bir polarizasyon durumuna dönüştürülür. Boşluğun liflerindeki mevcut doğrusal olmama, bu elipsin sinyalin anlık gücüyle orantılı olan bir dönüşünü zorlar.

Son polarizördeki iletim, böylece sinyalin yüksek güçlü bölümlerinin iletimini destekleyecek ve bir darbe oluşumuna yol açacaktır. Bir polarizasyon analizörünü son polarizörün hemen öncesine yerleştirerek, polarizasyon durumları arasında ayrım yaparak boşluktaki bir darbenin algılanması mümkündür. Bu başarılabilir, çünkü bir darbe, boşlukta bir dönüş sırasında sürekli bir dalga sinyalinden daha büyük bir doğrusal olmayan polarizasyon dönüşüne maruz kalacaktır.

İlk adım, sabit bir platform üzerinde bir fiber lazer sistemi kurmaktır. Başlamak için, bu deneyin merkezinde yer alan lazer halkası boşluğunu bir optik tezgah üzerine kurun. Bu şema, yönlendirme için bir genel bakış sağlar.

Işık saat yönünde yayılır. Kurulumu anlamak için bir polarizör ile başlayın. Fiber pigtailli polarizör kullanılır.

Tamamen fiber motorlu yow tipi polarizasyon durumu kontrolörüne yerleştirilen poliimid kaplı fiberin bir bölümü ile füzyon eklenir. Bu bileşenin varlığı otomasyon prosedürü için çok önemlidir. Polarizasyon kontrolöründen sonra, 976 nanometre lazer diyot tarafından pompalanan bir 980/1550 nanometre dalga boyu bölmeli çoklayıcı yerleştirin.

Ardından ışığı, kazanç ortamı olan tek modlu erbiyum katkılı bir optik fiberden geçirin. Erbiyum katkılı lif, burada gösterildiği gibi pompalandığında yeşil renkte yanar. Erbiyum katkılı fiber, hibrit bir 980/1550 nanometre dalga boyu bölmeli çoklayıcı ve bir 1550 nanometre izolatör ile füzyon eklenir.

İkinci bir lazer diyot ile pompalanır. Boşluk döngüsündeki son eleman, polarizörden hemen önce yerleştirilmesi gereken 50-50 çıkışlı bir kuplördür. Polarizasyon analizörü girdisini bu kuplörden alacağından, boşluk çıkış kuplörünün konumu gerçekten önemlidir.

Doğrusal olmayan polarizasyon dönüşünün etkisini en üst düzeye çıkarmak için polarizörden hemen önce yerleştirilmelidir. Bir boşluktan gelen çıktı, 99:1'lik bir ayırıcıya gider ve %99'u kullanılabilir çıktıya gider. %1, manuel bir polarizasyon kontrolöründen geçer ve otomatik mod kilitleme için geri bildirim sağlar.

Bir sonraki adım, motorlu polarizasyon denetleyicisini bir bilgisayar denetleyicisine bağlamaktır. İlk olarak, boşluklar arası fiber sıkacağı polarizasyon kontrol cihazını sürüş modülüne bağlayın. Ardından sürüş modülünü bilgisayarın USB bağlantı noktasına bağlayın.

Tezgahtaki lazer çıkış fiberlerine dönün ve %99 çıkışı seçin. %99 çıkışı bir barefit adaptör kullanarak bir optik spektrum analizörüne bağlayın. Pompa lazerlerini açın ve cihaz arayüzünü başlatmak için bilgisayara geçin.

Polarizasyon kontrolörüne saat yönünde 3000 adım döndürmesi için komut vermek için arayüzü kullanın. Dönerken, kontrolör mekanik bir durma noktasına ulaşacaktır. Ardından, polarizasyon kontrolörüne saat yönünün tersine yaklaşık bir derece döndürmesi için komut verin.

Mod kilidine ulaşılıp ulaşılmadığını belirlemek için optik spektrum analizöründeki spektrumu gözlemleyin. Spektrumlar, mod kilitli, yarı sürekli ve Q anahtarlı rejimleri temsil eder. Yarı sürekli ve Q anahtarlı rejimlerle karşılaştırıldığında, mod kilitli spektrum çok geniştir.

Polarizasyon kontrol cihazını bir derecelik adımlarla saat yönünün tersine çevirin. Mod kilidine ulaşıldığında, devam etmeden önce açıyı sabitleyin. Bu noktada, pompa gücü eşiklerini aramaya hazırlanın.

Mod kilidi kaybolana kadar pompa gücünü azaltın. Ardından pompa gücünü mod kilitleme eşiğinin hemen üzerine yükseltin. Mod kilitleme spektrumunu gözlemleyin, ardından lazer modunun kendi kendine kilitlendiğinden emin olmak için lazer gücünü kapatıp tekrar açın.

Mod kilitleme durumunu doğrulamak için fiberi spektrum analizöründen ayırın. Bir osiloskopta bir sinyal görüntülemek için fiberi hızlı bir foto diyot kurulumuna bağlayın. Mod kilitleme durumu, yaklaşık 82 megahertz'lik bir tekrarlama oranına sahip bir darbe gerilimi üretir.

Bir sonraki adım, lazer çıkışının polarizasyonunu analiz etmeye hazırlanmaktır. Bunu yapmak için, polarimetre olarak da adlandırılan ticari bir polarizasyon analizörü kullanın ve fiberi %1'lik musluktan girin. Deney için ekipmanın son düzenlemesi bu şemada gösterilmiştir.

Bilgisayar polarizasyon analizörünü kontrol edebilir. Polarizasyon kontrol cihazını mekanik durdurma konumuna getirmek ve polarimetre yazılımını durdurmak için bilgisayarı kullanın. Bu noktada, optik spektrum analizörü mod dışı kilitli bir spektrum görüntüler.

Polarimetre yazılımında, başlat düğmesine tıklayarak polarizasyon ölçümlerine başlayın. Polarizasyon kontrol cihazını bir derecelik artışlarla saat yönünün tersine hareket ettirin. Boşluklar arası polarizasyon kontrolörü tarafından izin verilen açı aralığı keşfedilirken, polarimetre yazılımını kullanarak polarizasyon durumunu gözlemleyin.

Mod kilitleme kanıtı olana kadar açıları keşfetmeye devam edin. Polarizasyonun, mod kilitlemeye ulaşıldığı durumlar dışında açı ile çok düzgün kaldığını unutmayın. Mod kilitleme imzasının belirgin olduğunu doğrulamak için spektrum analizöründeki spektrumu gözlemleyin.

Devam etmek için bilgisayara geri dönün. Polarizasyon kontrol cihazını bir kez daha dönemeyecek duruma gelene kadar saat yönünde çevirin. Polarimetre yazılımında, Stokes parametrelerini açının bir fonksiyonu olarak izlemeye hazırlanın.

Burada S sıfırdan S'ye, üçe yukarıdan aşağıya doğru sıralanırlar. S bir, S iki ve S üç değerlerini kaydederken ve görüntülerken polarizasyon kontrolörünün açılarında bir derecelik artışlarla ilerleyin. Mod kilitlemeye geçiş gerçekleştiğinde S one'ın ani bir değişikliğe uğradığı görülebilir.

Grafiksel bir programlama dilinde, mod kilitleme koşulunu otomatik olarak bulacak bir komut dosyası yazın. Bu betiğin mantığı bu akış şemasında verilmiştir. Temel olarak, komut dosyası mekanik durdurmada polarizasyon durumu kontrolörü ile başlayacak ve her adımda polarimetreden S bir değerini okurken açısını bir derecelik adımlarla artıracaktır.

S bir'in değeri, tek bir adımda önceden belirlenmiş sıfır nokta üç eşik değerinden daha fazla artar artmaz, mod kilitlemenin elde edilmesi gerektiğinden komut dosyası duracaktır. Ardından, betiği çalıştırın. Komut dosyasının bu sürümü, açı arttıkça Stokes parametresi S one'ın gelişimini görüntüler.

Açısal tarama başladığında, lazer mod kilitli değildir. Polarizasyon kontrolörü döndükçe, S one'ın değeri ve lazerin optik spektrumu gelişmektedir. Komut dosyası bittiğinde, geniş optik spektrum tarafından görüldüğü gibi mod kilitleme elde edilir.

Bir sonraki adım, ticari polarimetrenin yerini almaktır. Bilgisayara GPIB arayüzü ile bağlı bir osiloskop kullanın. Ardından, yedek polarimetrenin optik bileşenlerine dikkat edin.

Merkezde, üç FC-APC fiberoptik port kolimatörü ile hizalanmış bir polarize ışın ayırıcı vardır. Işık, üstteki bağlantı noktasından ışın ayırıcıya girilir. Dikey olarak polarize ışık, sistemden sağ bağlantı noktasından çıkar.

Yatay olarak polarize ışık, alt bağlantı noktasından verilir. Polarizasyon analizörü ayrıca iki özdeş elektronik devrenin üretilmesini gerektirir. Burada, iki transempedans amplifikatör devresi aynı parlak kart üzerindedir.

Tek bir devrenin düzeni bu şemadadır. İlk olarak, bir indiyum galyum arsenit fotodiyot 1550 nanometrelik bir sinyal algılar. Fotodiyot, işlemsel bir amplifikatöre, bir dirence ve bir kapasitöre bağlanır.

Devrenin çıkışı bir osiloskopa bağlanır ve ortalama optik gücün bir ölçüsünü sağlar. Tezgahta, ışın ayırıcı çıkışlarını devrelere bağlamaya başlayın. İlk olarak, bir çıkışı bir indiyum galyum arsenit fotodiyotuna bağlayın.

Ardından, transempedans amplifikatör devresinin çıkışını osiloskopun birinci kanalına bağlayın. Osiloskopu ve transempedans amplifikatör devresini açın. Lazerin %1 çıkışını ticari polarimetreden ayırın.

Çıkışı polarize ışın ayırıcının giriş portuna bağlayın. 1550 nanometre optik sinyal göndermek için lazeri isteğe bağlı bir pompa gücünde açın. Bilgisayarda, osiloskopun birinci kanalındaki ortalama voltajı okumak için bir komut dosyası çalıştırın.

Polarizasyon analizörünün optik elemanlarına geri dönün. Polarize ışın ayırıcının çıkışını fotodiyottan ayırın. Bunun yerine, ışın ayırıcı çıkışını ticari bir güç ölçere bağlayın.

Bu pompa gücü için optik gücü okuyun ve kaydedin. Giriş optik sinyalinin gücünü değiştirerek ve ardından ortalama voltajı ve optik gücü ölçerek devam edin. Birkaç ölçümden sonra, voltaja karşı gücün bir grafiği doğrusal olmalıdır.

Bu doğrusal ilişkinin katsayılarını belirleyin. Son polarizasyon analizörü kurulumuna ulaşmak için ışın ayırıcının ikinci çıkışı ile aynı prosedürü izleyin. Hem dikey hem de yatay polarizasyon çıkışları amplifikatör devrelerine bağlanır.

Her devrenin bilgisayar tarafından okunan özel bir osiloskop kanalı vardır. Şimdi yeni polarizasyon analizörünü otomatik mod kilitleme işlemine dahil edin. Polarizasyon denetleyici açısının bir fonksiyonu olarak Stokes fenomeni S birinde süreksizliği aramak için yazılan komut dosyalarını açın.

Bunu değiştirmek için, yalnızca aparattan S'nin belirlenmesinde bir değişiklik yapılması gerekir. Bu çözümleyici için, bu formülü kullanarak S one'ı hesaplayın. PX ve PY güç değerleri, her polarizasyon için voltaj ve güç arasındaki ölçülen doğrusal ilişkiden bulunur.

İşiniz bittiğinde komut dosyasını başlatın. Komut dosyasının bu sürümü, açı arttıkça Stokes parametresi S one'ın gelişimini görüntüler. Açısal tarama başladığında, lazer mod kilitli değildir.

Polarizasyon kontrolörü döndükçe, S one'ın değeri ve lazerin optik spektrumu gelişmektedir. Komut dosyası bittiğinde, geniş optik spektrum tarafından görüldüğü gibi mod kilitleme elde edilir. Bu, Stokes parametresi S'nin motorize polarizasyon durum kontrolörünün açısına karşı tipik bir grafiğidir.

S one, ticari olmayan bir polarizasyon analizöründen ölçülen güç değerleri kullanılarak hesaplanır. Lazer mod kilitleme durumuna ulaştığında ani bir değişiklik meydana gelir. Bir süreksizlikte polarizasyon kontrol açısının değiştirilmesini durdurmak için yazılan otomatik bir komut dosyası, birkaç dakika içinde mod kilidini bulabilir.

Prosedür, birkaç dakika içinde mod kilitlemeyi bulabilir. Uygulanması, lazer boşluğu tasarımını etkilemez ve çıkış sinyalinin yalnızca %1'inin izlenmesini gerektirir ve amaçlanan uygulamalar için %99'unu bırakır. Prosedürün gerçekleştirilmesi için, çarpma gücü ve polarizasyon kontrolörünün çift kırılması gibi lazer parametreleri, çoklu darbe veya gürültü benzeri darbeler gibi istenmeyen çalışma rejimlerinden kaçınmak için uygun şekilde önceden ayarlanmalıdır.

Bu prosedürün farklı lazer tasarımlarına ve çalışma dalga boylarına uygulanabilirliğini incelemek için ek çalışma gerekecektir. Bu prosedürün, mod kilitlemenin başlangıçta otomatik olarak gerçekleşmesinin beklendiği ticari fiber lazer sistemlerinde kullanılabileceğine inanıyoruz.