출력 편광 측정을 통해 비선형 편광 회전 광섬유 레이저의 모드 잠금의 자동화

1Centre d'optique, photonique et laser, Université Laval, 2Département de physique, Cégep Garneau
Published 2/28/2016
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Olivier, M., Gagnon, M. D., Habel, J. Automation of Mode Locking in a Nonlinear Polarization Rotation Fiber Laser through Output Polarization Measurements. J. Vis. Exp. (108), e53679, doi:10.3791/53679 (2016).

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Abstract

레이저가 모드 잠금 될 때, 레이저 공진기 길이에 의해 결정 반복률 초단 펄스 트레인을 방출한다. 이 문서는 미리 조정 된 비선형 편광 회전 파이버 레이저의 모드 잠금을 강제 할 수있는 새로운 저렴 절차를 설명합니다. 잠금 모드가 발생하면이 절차는 출력 편광 상태의 급격한 변화의 검출에 기초한다. 이러한 변화는 모드 잠금 상태를 찾기 위해 내부 공동 편광 제어기의 배향을 명령하는 데 사용된다. 보다 구체적으로, 제 스톡스 파라미터의 값은 레이저가 모드 잠금 상태로 전환 될 때 또한, 급격한 변화를 겪게, 편광 제어기의 각도가 스위프되는 경우 다르며. 이 갑작스러운 변화를 모니터링하는 편광 제어기의 정렬 명령 모드 잠금을 향해 레이저를 구동하기 위해 사용될 수있는 실제 쉬운 검출 신호를 제공한다. 이 모니터링은 일부를 공급함으로써 달성된다편광 분석기 신호의 제 스톡스 파라미터를 측정. 레이저 모드 잠금 상태로 전환 될 때 분석기에서이 매개 변수 중 읽기에 급격한 변화가 발생합니다. 이 때, 편광 제어기 필요한 각도 고정 유지된다. 조정이 완료된다. 이 과정은 광 스펙트럼 분석기, RF 스펙트럼 분석기, 전자 펄스 카운터 또는 이광자 흡광 또는 제 고조파 생성에 기초한 비선형 검출 기법에 연결된 다이오드 같은 장치를 사용하여 기존의 자동화 절차로 대체 방법을 제공한다. 이 직선 편광 회전에 의해 잠겨 레이저 모드에 적합하다. 특히 1,550 nm의 파장에서, 저렴한 수단을 필요로 비교적 쉽게 구현할 수 있으며, 이는 전술 한 기술에 비해 발생하는 생산 및 작업 비용을 낮춘다.

Introduction

이 문서의 목적은 비선형 편광 회전 파이버 레이저의 모드 잠금 (ML)를 얻는 자동 정렬 절차를 제공하는 것이다. 설정해서 자기 시동 제어 시스템의 ML에 도착 후 레이저의 출력 신호의 편광을 측정함으로써 ML 체제 검출 :이 절차는 두 가지 중요한 단계에 기초한다.

섬유 레이저는 현재 광학에서 중요한 도구가되었다. 이들은 간섭 근적외선의 효율적인 소스 및 그들은 이제 전자기 스펙트럼의 중 적외선 부분 내로 연장된다. 낮은 비용과 사용의 용이성은 고체 레이저와 같은 일관된 빛의 다른 소스들에게 매력적인 대안을 만들었습니다. 파이버 레이저는 초단 펄스 ML기구 섬유 캐비티에 삽입된다 (100 FSEC 이하)을 제공 할 수있다. 이러한 비선형 루프 거울과 포화 흡수 등이 ML 메커니즘을 설계하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 이들 중 하나는, 널리 사용되는 F또는 단순성은 신호 1,2- 비선형 편광 회전 (NPR)에 기초한다. 그것은 레이저 공동의 섬유에 전파로 신호의 편광 타원의 강도에 비례하는 회전을 겪는다는 사실을 이용한다. 캐비티 편광자를 삽입하여,이 NPR은 신호의 왕복 동안에 강도 의존 손실을 이끈다.

레이저는 그 편광 상태를 제어함으로써, ML에 강제 될 수있다. 효과적으로 신호의 고 전력 부분이 손실 (도 1)을 낮추기 위해 실시되고 레이저를 턴온 및 저전력 잡음 신호로부터 시작되는 경우 결국 광 초단 펄스의 형성으로 이어질 것이다. 그러나,이 방법의 단점은 편광 상태 제어기 (PSC)가 적절 ML을 얻기 위해 정렬되어야한다는 것이다. 일반적으로, 운전자는 고속 P와 레이저의 출력 신호를 PSC의 위치를​​ 변경하고 분석하여 수동 ML 발견hotodiode, 광 스펙트럼 분석기 나 비선형 광학 자동 상관기. 즉시 펄스 발광이 감지 될 때, 운전자는 레이저 ML 때문에 PSC의 위치를​​ 변화 멈춘다. 물론 자동으로 효율에 중요한 이득에 이르게 자기 시작에 레이저를 받고. 이것은 레이저 정렬 또는 조작자가 또 다시 정렬 절차를 통과해야하기 때문에 캐비티 구성 변경 섭동을받을 때, 특히 사실이다. 지난 10 년간, 다른 방법이 자동화를 달성하기 위해 제안되었다. Hellwig 외. 3 ML 검출하는 모든 섬유 분할의 진폭 편광계와 신호의 편광 상태의 완전 분석을 조합하여 편광을 제어하는 피에조 압착기를 사용했다. Radnarotov 외. (4) ML을 검출하는 RF 스펙트럼 분석에 기초하여 액정 판 PSC를 사용했다. 쉔 등. 5 압전 압착기를 사용편광 ML 검출하는 광 다이오드 / 고속 카운터 시스템을 제어한다. 최근 진화 알고리즘에 기초한 전략이되는 검출 intensimetric 2 차 상관기 및 광 스펙트럼 분석기와 조합하여 높은 대역폭의 포토 다이오드에 의해 제공되게한다. 제어 후 캐비티 내부 6 개의 전자 중심 PSC를 행한다.

이 문서는 ML에 광섬유 레이저를 강제 자동화 기술에 ML과 그 응용 프로그램을 검출하는 혁신적인 방법을 설명합니다. 레이저의 ML 검출 PSC의 각도로 스위프 신호의 출력 편광 상태가 어떻게 변하는지를 분석함으로써 달성된다. 도시 된 바와 같이, ML로 천이 출력 신호의 스톡스 파라미터 중 하나를 측정함으로써 감지 편광 상태의 급격한 변화와 관련된다. 펄스가 CW 신호보다 더 강렬하고 더 중요한 NPR 특급을받을 것이라는 사실lains이 변경. 레이저의 출력이 즉시 캐비티 편광자 앞에 위치하기 때문에,이 위치 펄스의 편광 상태는 CW 신호의 편광 상태 (도 2)에서 상이하고, ML 상태를 구별하기 위해 사용될 것이다. 이 절차와 최초의 실험 구현의 이론적 측면은 올리비에 등의 알에 발표되었다. (7). 이 글에서 강조 절차, 그 한계와 장점의 기술적 측면에있을 것입니다.

이러한 기술은 구현하기가 비교적 간단하고 ML 상태를 검출하고 ML을 얻기 위해 레이저의 배향을 자동화하는 복잡한 측정 장치를 필요로하지 않는다. 프로그램 인터페이스를 통해 외부 조정 PSC가 필요합니다. 다른 PSC를 원칙적으로 사용할 수 : 모터, 광 자기 결정 또는 전동 모든 섬유 PSC 기반 O 회전 압전 압착기, 액정, 파형 판N 조이고 섬유 (8)를 왜곡. 이 글에서, 후자는 모든 섬유 동력 야오 형 PSC를 사용한다. 고가의 상용 편광계를 사용할 수 편광 상태를 검출한다. 제 스톡스 파라미터 값이 필요하기 때문에,이 문서에 나타낸 바와 같이 단, 두 개의 포토 다이오드와 조합하여 편광 빔 스플리터는 충분할 것이다.

이러한 모든 구성 요소들은 광범위하게 사용되는 어븀 첨가 광섬유 레이저를위한 저렴하다. 이 절차에 따라 피드백 루프는 몇 분 ML을 찾을 수 있습니다. 이 응답 시간은 파이버 레이저의 대부분의 애플리케이션에 적합하며, 기존의 다른 기술들에 비교된다. 실제로 응답 시간 신호의 편광을 분석하는 전자 장치에 의해 제한된다. 절차 similariton 9 어븀 첨가 광섬유 레이저 여기 적용되었지만 마지막으로,이를 상기 언급 된 장치 또는 equivalen 자마자 임의 NPR 계 섬유 레이저에 이용 될 수있다t 관심의 파장에서 사용할 수 있습니다.

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Protocol

1. 동력 PSC 포함 섬유 ML 섬유 레이저 설정

  1. 다음과 같은 구성 요소를 수집 : 단일 모드 어븀 첨가 광섬유는 980 / 1,550 nm 파장 분할 다중 화기 (WDM) 980 / 1,550 nm의 WDM-1550 나노 절연체 하이브리드 성분 50/50 광섬유 커플러, 광 편광기 전동 PSC, 두 980 nm의 레이저 펌프 다이오드, 99/1 섬유 커플러 및 수동 인라인 PSC.
  2. 원하는 공동 디자인에 맞게 어븀 첨가 광섬유와 다른 모든 광 중계 커넥터 요소를 잘라.
    주 : 제시된 자동화 과정은 비선형 편광 회전에 따라 광섬유 레이저에 적합하다. 여기에는 솔리톤 레이저, 신장 펄스 레이저, 산성 솔리톤 레이저 similariton 레이저로 다른 운영 체제에 대한 작동합니다. 후자 정권이 실험에서 사용된다.
  3. 레이저 공동을 구축하기 위해, 도면 (도 3에 도시 된 순서대로 공동 컴포넌트 가입 섬유 융착 접속기를 사용하여 </ STRONG>). 각 융착 접속을 수행하기 전에, 깨끗한 섬유는 이소 프로필 알코올로 끝나는 및 섬유 칼 그들을 절단.
    참고 : 반지 공동, 전동 PSC에서 시계 방향으로 순서에있는 레이저의 내부 구성 요소, 980 / 1,550 나노 WDM, 에르븀 첨가 광섬유, 980 / 1,550 nm의 WDM 아이솔레이터 하이브리드 구성 요소, 50/50 출력 결합기 섬유 편광자. 외부 구성 요소는 99/1 섬유 커플러 (단계 1.7 및 1.8에서 논의 된 바와 같이) 수동 인라인 PSC 있습니다.
    주 : 접합부가 공동의 다른 구성 요소로 수행하기 전에 약 30 ㎝의 섬유 세그먼트는 동력 PSC에 삽입되어야한다. 표준 단일 모드 광섬유가 작동하더라도 그 컨트롤러의 나사에 의해 가해진 압력에 저항력 있으며, 따라서 장기간 지속하기 때문에, 폴리이 미드 - 코팅 된 섬유의 사용이 세그먼트에 권장된다.
  4. 융착 접속기를 사용하여 WDMs에 펌프 레이저 다이오드에 가입하세요. 다시 말하지만, 깨끗한 섬유는 이소 프로필 등으로 끝cohol 각 융착 접속을 수행하기 전에 섬유 칼 그들을 절단.
  5. 각각의 온도 컨트롤러 및 최신 드라이버로 레이저 다이오드를 연결합니다.
  6. 그 구동 모듈 내부 공동 동력 야오 형 섬유 착취 PSC (도 4)을 연결 한 후 컴퓨터의 USB 포트에 구동 모듈을 연결한다.
    주 : 컴퓨터의 "장치 관리자"에서와 같이이 포트는 번호 "COM4"에 의해 식별된다.
  7. 레이저의 출력, 50/50의 커플러 포트 99/1 커플러 잇기 아직 접합하지 즉.
    참고 : 99 % 포트가 사용 가능한 출력된다. 1 % 포트는 자동화 절차의 편광 상태를 모니터링하는 데 사용된다.
  8. 1 % 포트의 섬유를 따라 수동 PSC를 삽입합니다. 이렇게하려면 나사를 제거하고 PSC를 엽니 다. 해당 슬롯에 광섬유를 삽입 한 다음 그들을 자신의 구멍에 다시 나사를 넣고 조입니다.
  9. 각 연마 섬유 공동 스플 라이스nnector (수동 PSC 후) 1 % 포트 섬유 단부 (APC). 깨끗하고 섬유를 절단은 융착 접속을 수행하기 전에 끝납니다.
  10. 맨 손으로 섬유 어댑터를 사용하여 광 스펙트럼 분석기 (OSA)에 99 %의 출력을 연결합니다.
    주 : 후술하는 바와 같이, OSA에서 본 광 스펙트럼 레이저 ML 있는지 검사 다른 방법을 제공한다.
  11. 폴리이 미드 필름 테이프 제대로 캐비티 섬유 성분 모두를 고정.
    참고 : 섬유와 구성 요소가 같은 테이블이 진동 또는 팬이 공기를 불어 경우와 같이 어떤 조건에서 이동하는 것을 방지해야합니다. 폴리이 미드 필름 테이프는 섬유의 손상을 방지하기 위해 사용된다.
  12. 섬유가 약간 압착되기 시작 때까지 내 공동 PSC의 조임 나사를 조입니다.
  13. 펌프 레이저 다이오드를 켜고 레이저 다이오드 제조 업체에 의해 지정된 최대 값으로 자신의 전류를 조정합니다.
  14. 기기의 통신 인터페이스를 시작합니다. "당에서ipherals 및 인터페이스 "N 500,3000, SM 선택하거나 명령"유형 "을 입력"에, 그럼. "".를 클릭 "COM4를"왼쪽에있는 열은 선택 "열기 VISA 테스트 패널."를 클릭 "입력 / 출력 그리고 "조회"버튼을 클릭합니다.이 그렇게하는 동안 PSC는. 시계 방향으로 0.1125 °의 3000 단계에 의해 회전 명령, PSC는 기계 정지에 도달한다.
  15. 그리고 "COM4"테스트 패널, 유형 "N SM, 500, -10"의 "선택하거나 입력 명령"에서 "조회"버튼을 클릭합니다. PSC는 약 1 ° 시계 반대 방향으로 회전합니다. ML는 OSA의 광 스펙트럼을보고 도달되어 있는지 확인합니다. 광 스펙트럼의 반값 폭이 수십 나노 미터 (도 5)의 순서 인 경우 ML 진행한다. ML 도달하면 복굴절 고정 각도를 유지하고 1.18 단계로 간다.
  16. ML에 도달하지 않을 경우, ML 또는 최대 각도 앗 할 때까지 1.15을 반복PSC와 네이블에 도달한다.
  17. PSC의 최대 각도 ML이 발생하기 전에 도달하면, 조금 조임 나사를 조여 PSC의 복굴절 성을 증가시키고, 반복 ML을 얻기 위해 필요에 따라 1.14, 1.15 및 1.16만큼 단계.
  18. ML 도달하면 자기 시작 ML 있도록 그들의 최소값 펌프 능력을 감소시킨다. ML이 손실 될 때까지이 작업을 수행하려면 펌프 능력을 감소시킨다. 그런 다음, ML이 다시 만들 것입니다 가장 작은 값으로 천천히 그들을 돌아 오게. 펌프의 전원을 끄고 다시 백업 및 자체 레이저 모드 잠금 여부를 확인. ML 안정적이고 레이저가 켜질 때마다 자동 시작할 수 있도록 펌프 능력이 약간 더 증가한다.

2. 출력 신호의 편광 분석

  1. 상업 편광계에 1 % 탭을 연결합니다.
  2. USB 포트를 사용하여 컴퓨터에 편광계를 연결합니다.
  3. "선택하거나 명령을 입력하십시오" "COM4"테스트 패널의, 타이에서"N SM, 500,3000를"퍼가기하고 "조회"버튼을 클릭합니다.
  4. 상업 편광계 제어 소프트웨어를 실행하고 "시작"버튼을 클릭하여 편광 측정을 시작합니다.
  5. 그리고 "COM4"테스트 패널, 유형 "N SM, 500, -10"의 "선택하거나 입력 명령"에서 "조회"버튼을 클릭합니다. 편광계의 편광 상태를 관찰한다.
  6. 반복 단계 2.5 내부 캐비티 PSC가 허용 각도의 전체 범위를 커버하는 데 필요한 횟수만큼. 편광 상태 ML 동시에 OSA의 광 스펙트럼의 폭을 보면서 알 수있는 바와 같이, 도달하는 특정 각도를 제외한 각도 매우 원활하게 다르다는 것을 관찰한다.
  7. 반복 함수로서 S 1, S 2S 3 스톡스 파라미터의 값을 기록 단지 분극 상태를보고하지 않고, 2.6 이번에 2.3 단계PSC의 각의의 (그림 6). 분명 이러한 값을 확인하려면 소프트웨어의 메뉴에서 "측정 - → 오실로스코프"을 선택하고 S 1, S 2, S 3의 평균 값을 찾습니다. 동시에 광 스펙트럼을보고 레이저 ML되는 각도를 기록한다.

3. 상업 편광계 측정을 사용하여 PSC의 정렬을 자동화하기 위해 피드백 루프를 설정

  1. 컴퓨터의 전원을 끄십시오.
  2. 컴퓨터의 시리얼 포트 "COM1"을 상업 편광계의 시리얼 포트를 연결합니다. 컴퓨터와 편광계를 다시 시작합니다.
  3. "COM1"와 "COM4"를 통해 동력 PSC의 제어를 통해 편광계의 판독을 허용합니다 그래픽 기반 프로그래밍 언어 인터페이스 (GPLI)를 시작합니다.
  4. GPLI에서 "빈 VI"을 클릭합니다. 그런 다음, "창을 선택 →타일​​ 왼쪽과 오른쪽 ".
    참고 : 화면이 다음 두 부분으로 나눌 수 있습니다. 블록 다이어그램이 오른쪽에 표시됩니다. 다른 아이콘과 연관된 다른 기능을 이용하여 스크립트를 작성하기 위해 사용된다. 전면 패널은 왼쪽에 표시됩니다. 이는 명령 및 스크립트가 실행되는 측정을 표시하기 위해 사용된다.
  5. GPLI의 블록도 창의 ML 자동화 스크립트를 개발하는 것은 상업적 편광계 함께 사용하도록 (도 7 참조).
    참고 :이 스크립트는 편광계에서 S 1을 읽고 피드백을 제공하고 ML로 이어지는 PSC 각도의 적절한 정렬에 도달하기 위해 값을 사용합니다. ML의 검출 각도가 변경되는 바와 같이 S (1)의 변화에 불연속성을 검색함으로써 달성된다.
    NOTE "COM4"로 PSC를 제어하는​​ 데 사용되는 명령은 단계 2.3 및 2.5에 제시된 것과 동일하다. 이 명령은 S 1 읽기
  6. "저장 → 파일"을 클릭하여 스크립트를 저장 한 다음 "→"버튼을 클릭하여 실행합니다. PSC는 다시 기계적 정지하게 된 다음 그것이 발전함에 S (1)의 값을 도시 도달 약 1 ° ML까지의 단계에 의해 회전한다.

4. 초보 만든 편광 분석기 구축

  1. GPIB 인터페이스를 사용하여 컴퓨터에 오실로스코프를 연결한다.
  2. 광학 벤치에서 편광 빔 스플리터 큐브 (PBS)를 넣는다.
  3. PBS (그림 8)로 3 FC / APC 광섬유 포트 콜리메이터를 설정합니다.
    주 : 포트 중 하나가 입력된다. 다른 두 신호의 X- 및 Y- 편광 성분에 대한 출력이다.
  4. 제 1 출력에 섬유 중계 커넥터 인듐 갈륨 비소 PIN 포토 다이오드를 연결합니다.
  5. 트랜스 impeda에 포토 다이오드를 연결NCE 회로 (그림 9).
  6. 오실로스코프의 채널 1에 회로의 전기적 출력을 연결합니다.
  7. 트랜스 임피던스 회로의 전원을 켭니다.
  8. "SOU CH1 : IMM MEASU;"GPLI에서 명령을 사용하여 GPIB 연결을 통해 오실로스코프의 채널 1의 전압의 평균값을 읽어 오실로스코프의 채널 1을 선택, "MEASU : IMM : 평균 TYPE;" 측정을 정의하는 것은 평균 전압이 될 수 있습니다 ": IMM : MEASU? VAL" "IMM : MEASU을 UNI를?"마지막 값을 얻을 수 있습니다 측정 단위를 얻었다. "저장 → 파일"을 클릭하여 스크립트를 저장 한 다음 "→"버튼을 클릭하여 실행합니다.
  9. PBS의 입력 포트에서 레이저의 1 % 출력을 연결하고 임의의 펌프 파워의 레이저를 켭니다. 이 입력에 1,550 nm의 광 신호를 전송한다.
  10. 제 1 출력에서​​의 평균 전압을 측정합니다. 그런 다음, 섬유 중계 커넥터 포토 다이오드를 분리하고 교체그것은 상용 전원 미터로. 이 출력에서​​의 광 파워를 측정한다.
  11. 반복 단계 4.10 입력 광 신호의 전력을 변화시키면서. 전압은 광 전력에 따라 선형 적으로 변화한다. 이 선형 관계의 계수를 찾을 수 있습니다.
    참고 :이 관계는 측정 된 전압에서 P의 X를 얻는 단계 4.20에서 사용됩니다.
  12. PBS의 제 2 출력에 두 번째 광 중계 커넥터의 InGaAs PIN 포토 다이오드를 연결합니다.
  13. 두 번째 트랜스 임피던스 회로에 포토 다이오드를 연결합니다.
  14. 오실로스코프의 2 채널로 회로의 전기적 출력을 연결합니다.
  15. 트랜스 임피던스 회로의 전원을 켭니다.
  16. "SOU CH2 : IMM MEASU;"GPLI에서 명령을 사용하여 GPIB 연결을 통해 오실로스코프 채널 2의 전압의 평균값을 읽어 오실로스코프의 채널 2를 선택, "MEASU : IMM : 평균 TYPE;" IMM : VAL 평균 전압, "MEASU로 측정을 정의?4; "IMM : MEASU을 UNI를?"마지막 값을 얻을 수 있습니다 측정 단위를 얻었다. "저장 → 파일"을 클릭하여 스크립트를 저장 한 다음 "→"버튼을 클릭하여 실행합니다.
  17. 임의의 펌프 파워에서 레이저를 켭니다.
  18. 제 2 출력의 평균 전압을 측정합니다. 그런 다음, 섬유 중계 커넥터 포토 다이오드를 분리하고 상용 전원 미터로 교체합니다. 이 출력에서​​의 광 파워를 측정한다.
  19. 반복 단계 4.18 입력 광 신호의 전력을 변화시키면서. 전압이 광 전력에 선형 적으로 변화되었는지 확인합니다.
    참고 :이 선형 관계의 계수를 찾습니다. 이 관계는 측정 된 전압에서의 P (Y)을 구하는 단계를 4.20에서 사용될 것이다.
  20. P y를 측정하는 제 2 검출기를 설정 한 후, (S = 1로 정의 제 스톡스 파라미터 S 1를 계산 ​​GPLI를 사용 X - P y를) / (P X + P y를). 제 초보적인 편광 분석기는 이제 사용할 수 있습니다.

5. 자동화 공정에서 제 편광 분석기에 의해 상업 편광계 교체

  1. (단계 4.9에서 수행되었을 때) 제 편광 분석기 입력에 레이저의 1 % 출력을 연결합니다.
  2. 제 편광 분석기 (대신 상업 편광계)를 이용하여 단계 270을 반복함으로써 PSC (도 10)의 각도의 함수로서 제 스톡스 파라미터 S (1)을 측정한다. 자동으로 각 단계에서 업데이트 S 1 그래프를 관찰합니다. ML이 발생하면 (상업적 편광계를 사용하면서이 경우) S (1)의 값이 불연속 점프를 관찰한다.
    참고 :이 작업을 자동 판매기를 수행 할 GPLI 스크립트를 사용ically. 이 스크립트는 1 °의 단계로 PSC의 각도 변화 (명령을 사용하여 "SM, 500, -10 n"전송하는 "COM4")와 제에서 S (1)의 값을 판독하고 루프에 기초 각 단계에서 편광 분석기.
  3. 대신 상업 편광계에 의해 주어진 값을 사용하는, 그래서 3.5 점에서 개발 한 스크립트를 수정, 그것은 제 편광 분석기에서 P x와 P y를 가져옵니다 다음 계산 S 1 = (P X -P Y) / (P X + P의 Y).
  4. 3.6 단계와 유사한 방식으로 자동으로 레이저를 가하여 만든 편광 분석기를 기반으로 새로운 스크립트를 사용합니다.

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Representative Results

NPR 모드 잠금 광섬유 레이저는 이러한 Q- 스위치 펄스 (10), 코 히어 런트 ML 펄스, 노이즈 등의 펄스, ML 펄스의 결합 상태, 고조파 ML 및 ML 11 펄스 상호 작용의 복잡한 구조로 펄스 체제의 큰 다양성을 제공하는 것으로 알려져있다. PSC의 복굴절 ML를 얻을 수 있도록 고정 된 이후 여기에 설명 된 레이저에서는, 펌프 전력은 상대적으로 단일 펄스 ML의 임계 값 근방으로 조정 하였다. 이렇게 경쟁 체제의 수가 최소로 감소되었다. 이 펌프 파워와 PSC의 각도에 따라에서 레이저 다른 체제 (도 5) 그러나 어떤 멀티 펄스 체제를 선보였다. 소음 형 펄스 (12, 13)로 인해 표준 싱글 ML 펄스가 발견되면 고정 유지 된 공동 섬유의 사전 조정을 회피했다. 실제로, 공동 디자인 역시 이러한 관점에서 중요하지만 아마도 이러한 양태는 H 충분히 조사되지오히려. 따라서, 남아있는 유일한 정권 연속파 방사 (CW) Q 전환 발광 단일 코 히어 런트 펄스 안정 ML이었다. 연속파 (CW) 및 Q 전환 체제 좁은 라인 (1 나노 미터 정도, 때때로 광 스펙트럼 분석기의 해상도에 의해 제한)에서 볼 수있다. 이러한 스펙트럼은 30 나노 미터 또는 그 이상 정도의 반값 전체 폭 ML 체제의 넓은 스펙트럼과 비교되어야한다. 빠른 다이오드에서 CW는 Q-스위칭 (3.5 마이크로 초 여기) 수 마이크로 초 정도의 반복률을 가진 펄스 트레인을 도시 ML는 약간의 반복 속도와 더 빠른 펄스 트레인으로 표시 거의 변화를 도시 레이저 공동의 왕복 시간에 대응하는 수십 나노초 (여기에서는 12.2 나노초). 자기 상관 추적을 사용하는 경우에는 Q 전환 정권 훨씬 긴 지속 시간 및 더 낮은 피크 파워가 펄스를 생성하기 때문에, 단지 ML 체제 펄스의 존재를 나타낸다. 자기 상관 추적ML 정권 가정하면, 우리는 하나의 코히 런트 ML 펄스 근접 100 FSEC FWHM 기간으로 존재한다고 추론하는 156 FSEC의 폭이 단일 피크 (110 FSEC 가정 가우시안 펄스 형상 FSEC (101)를 도시 제곱 시컨트 쌍곡선 펄스 모양).

이론 7 예상대로 내부 캐비티 PSC (도 6)의 각도 함수의 전형적인 결과를 수득 같이 스톡스 파라미터의 측정. ML에 도달하면 각 스톡스 파라미터가 갑자기 변경 알 수 있습니다. 그 결과, 둘 중 하나만의 측정은, S (1), ML 검출에 필요한 말한다. 안정적인 ML과 일치하지 않습니다 주어진 매개 변수의 값에 불연속이 때때로 관찰합니다. 사실, 레이저는 때때로 CW, 혼란스러운 방식으로 Q 교환 및 ML 정권 사이에 정말 빠르게 이동 불안정한 정권에 도달 할 수 있습니다. 이러한 상황에서, 값스톡스 파라미터의 시간에서 실질적으로 다를 수 있습니다. 이러한 변화는 그래프에 오차 막대로 표시됩니다. 변화가 다른 것들보다 일부 지역에서 더 중요하다는 것을 알 수있다. 그러나, 안정한 ML 체제에서 변형 정말로 작다. 이 스톡스 파라미터의 시간 변화가 ML 실제로 도달하면 또는 불연속 점프가 검출되지 후에 확인하는 상보 기준으로 사용될 수 있음을 시사한다.

이전의 분석은 레이저 자동화 주어진 스토크 스 파라미터의 불연속성에 대한 검색에 기초 할 수 결론을 이끈다. S (1)가 여기 선택되었다. "단절"로 정의된다 S (1)의 변동이 사전 임의적이다. 측정에 기초하여 (도 6), 이는 S (1)는 일반적으로 0.1보다 작은 단계로 변화되는 것으로각도 1 °로 변화된다. 그것이 0.6으로 변하는 ML 도달 할 때 유일한 예외이다. 그것은 따라서 0.3 불연속의 임계 값을 수정하기로 결정했다. 여기에 제시된 자동화 절차 (도 7)은 그 조건에 기초한다. 루틴이 다른 시작 CW에 ML에서 최고의 불연속이 발견 될 때 루틴이 정지되고 레이저 CW 발광 끝날 때 레이저 ML 상태에있을 수 없습니다. 이 제약은 문제가 아니다 ML주는 각도 범위 PSC의 전체 범위에 비해 작기 때문이다. 이 루틴이 결합 될 때까지 실제로 ML에서 각도 PSC를 배치하는 것이 용이하다. 여기에서, PSC는 기계 정지가 더 이동 할 수없는 최소 각도로 주어졌다. 이 위치에서, 레이저 ML 아니었다. 이러한 조건에서, 루틴은 실제로 잘 작동한다. 그것은 몇 분 이내에 ML을 찾습니다. 이 경우, 속도는 주로 상업적 P 사이에 필요한 통신 시간에 의해 제한된다olarimeter와 각도로 컴퓨터가 휩쓸고있다.

제 편광 분석기 (도 10)로 측정 할 때, PSC의 각도의 함수로서 S (1)의 곡선은 상업적인 편광계 (도 6)로 측정 한 곡선과 다르다. 이 두 기기의 X- 및 Y- 축이 반드시 일치하지 않는다는 사실에 기인한다. 그러나, ML 도달 S의 급격한 변화는 두 가지 경우에서 분명히 알 수있다. 실제로, S (1)의 동작은 상업적 편광계로 측정 S 2S 3 ML에 도달했을 때 세 개의 매개 변수가 동일한 불연속성을받지 않았다는 것을 보여 주었다. 그것은 단지 그 제안 polarizat 전에 편광 빔 스플리터 또는 수동 PSC의 등가 삽입 방향의 변화이온 분석기는 전환이 더 급격한 탐지하기 쉽게 제작에 도움이 될 수. 실제로, 이것은, ML로 전환 설명서 PSC가 전이 더 명확하게 나타나도록 조정 되었기 때문에 제 편광 분석기보기 쉽게 여기 일어난 정확하게이다. 자동화 절차는 달성하기 쉽다.

제 편광 분석기와 자동화는 정말 잘 작동합니다. ML은 몇 분 이내에 발견된다. 포토 다이오드 전압 측정은 상업적 편광계의 수치보다 빠르기 때문에 사실, 제 편광 분석기 더 잘 수행한다.

그림 1
그림 1. 비선형 편광 회전에 기초 ML 신호는 제 선형 번째 의해 타원 편광 상태가 편광자에 의해 편광 된 후, 변환전자 PSC. 인해 레이저 공동의 섬유 커 비선형 편광 타원 신호의 전력에 비례 그 주축의 회전을 겪는다. 마지막 편광자의 편광의 수직 성분을 투과하기 때문에 PSC 각도가 올바르게 조정되어있는 경우, 송신 신호의 전력에 의존하고 노이즈 펄스의 형성을 선호 할 수있다. 더 보려면 여기를 클릭하세요 이 그림의 버전입니다.

그림 2
그림 2. 편광 분석기의 위치는 소정 평균 전력, 펄스 연속파 (CW) 신호보다 더 큰 피크 전력을 갖게되고 큰 비선형 편광 회전을 겪게된다. 단 편광판 사이 판정 전에 분석기를 배치하여 편광 상태가 공동의 펄스의 존재를 검출 할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3
도 3. 파이버 레이저 링 공동 레이저는 단일 모드 광섬유 (청색), 이득 섬유 (녹색), 아이솔레이터, 편광자, 컴퓨터 인터페이스를 통해 PSC 조절 포함 링 공동이어야한다. 출력 커플러는 바로 편광판 전에 위치해야합니다. 마지막으로, 출력 신호의 1 %가 신호의 편파 및 상기 출력 신호의 99 %의 상태를 모니터하기 위해 도청 가능한 남아있다. 편광 분석기는 전기 케이블 (블랙)를 통해 동력 PSC (밝은 적색)의 각도를 조절하는 컴퓨터 프로그램 제어 루프에 피드백을 제공한다.추신 : //www.jove.com/files/ftp_upload/53679/53679fig3large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4
그림 4 :. 동력 섬유 착취 PSC는 PSC의 복굴절은 왼쪽에있는 나사의 압력에 의해 고정되어있다. PSC의 각도는 오른쪽에 전자 제어 모터를 조정한다. 전기 케이블은 컴퓨터 인터페이스에 시스템을 연결합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5
도 5 : 광 스펙트럼 분석기 ML 검출 광 스펙트럼에서 관찰 레이저 다른 체제.왼쪽 분석기, 중간에 빠른 포토 다이오드에 오른쪽에 상관기에 (해당되는 경우) : 준 CW 여러 파장 (청색), Q- 스위치 CW (녹색) 및 ML (빨간색). ML 정권의 스펙트럼은 다른 사람보다 훨씬 넓은하고 dechirped 자기 상관 추적 156 FSEC과 상대적으로 좁은 받침대의 FWHM 단일 피크를 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6
도 6 :. PSC 각도 ML 영역의 함수로 스톡스 파라미터의 값은 청색 곡선은 일반적인 경우 0.2 초 간격으로 취한 5 개의 측정 각 스톡스 파라미터의 평균값이다. 오차 막대는 측정의 표준 편차를 나타내고의 안정성을 보여 주어진 PSC 각 레이저. PSC의 각도가 변화하기 때문에, 스토크 스 파라미터의 값은 ML (도면에서 빨간색 영역)에 도달 할 때를 제외하고 연속적인 방식으로 변화. 이 경우, 그 값은 ML을 감지하는 데 사용할 수있는 급격한 변화를 겪는다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 7
그림 7 :.. 자동으로 ML을 얻을 수있는 PSC를 정렬하는 루틴이 흐름도 ML을 얻을 수있는 편광 상태 컨트롤러 (PSC)의 정렬을 자동화하는 데 사용되는 간단한 루틴을 보여줍니다 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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도 8 : 제 편광 분석기 S 측정 빔 스플리터 편광 자유 공간 신호의 X 및 Y 편광 구성 요소를 분리한다.. 이러한 구성 요소는 첫 번째 스톡스 파라미터 S 1 = 계산 할 수 있도록 두 개의 포토 다이오드 따라서 각 편광 힘의 P x와 P y를 측정 별도로 전송됩니다. (P X - P y를) / (P X + P의 y)를 여기를 클릭하십시오 이 그림의 더 큰 버전을 볼 수 있습니다.

그림 9
그림 9 : 트랜스각 포토 다이오드 -impedance 증폭 회로.의 InGaAs 포토 다이오드는 1550 nm의 신호를 검출한다. 이것은 연산 증폭기, 저항 및 캐패시터에 연결된다. 커패시터의 역할은 따라서 회로 자체로부터 전기적 진동을 얻는 위험을 감소 회로의 대역폭을 감소시키는 것이다. 평균 값이 상용 광 파워 미터로 교정을 통해 광 평균 전력으로 읽고 변환하는 바와 같이 전압 값이 오실로스코프에 의해 평균됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 10
도 10 : 제 편광 분석기를 사용 PSC 각도의 함수로서 제 스톡스 파라미터의 값 S의 동작.도 1은 레이저가 일반적인 경우에 대해 ML 도달 각도 전형적인 급격한 천이를 나타낸다. 이것은 또한 상업 편광계로 보였다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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Discussion

출력 편광 측정에 기초하여, 피드백 루프를 사용하여 NPR 광섬유 링 레이저의 ML을 자동화하는 것이 가능하다는 것을 보였다. 이 작업을 실현하기는 공동의 조정 PSC를 삽입 중요하다. 공동의 출력 결합기는 CW 신호의 편광 상태의 펄스 신호 (도 2) 사이의 차이를보기 위해 단지 편광자 전에 위치한다. ML 찾을 수 있도록 PSC의 복굴절 미리 조정되어야하며 펌프 전력은 공동으로 단일 펄스를 얻을 발생 경쟁 체제의 수를 최소화하기 위하여 단일 펄스 ML 근처 임계 값을 설정해야한다. ML 체제는 실험 기간 동안 항상 특정 방향으로 동일한 각도로 한 연소에 의해 자동으로 찾아 이유를 설명한다. ML을 검출 출력에서 측정 S 파라미터이다. 이 파라미터는 내부 캐비티 PSC의 각도 SW 같이 연속적으로 변화EPT. 유일한 예외는 ML에 도달하면, S (1)의 값이 다음 불연속성을 겪게된다. 작은 각도 단위를 만들 수있는 가능성이 여기에 중요하다. 큰 단위를 사용하는 경우는 갑작스런 점프 "정상"변이를 구별하기가 곤란해질 수있다. ML로 이어지는 각도의 작은 범위는 또한 그것을 몰래 통해 강화 될 수 있습니다. 작은 증분은 시스템 ML 범위 어딘가에 떨어질하지만 항상 펄스가 항상 동일한 광 스펙트럼이이 영역의 에지를 검출하지 않기 때문에 ML 상태가 항상 동일하다는 것을 보장한다. 이 절차를 반복하고 생성 된 펄스의 파라미터를 보장하는 유일한 방법은 명백한 것이다.

상기 임계점이 고려되었다 가정하고, 상기 검출 및 자동화 S (1)의 값을 제공하는 제 편광 분석기를 구축 할 수 있도록ML. 여기서 제안 설치 개의 포토 다이오드와 조합하여 빔 스플리터 큐브 편광 자유 공간으로 구성되었다. 대안 섬유 계 편광 빔 스플리터를 사용하는 것이다. 어떤 정렬이 필요하지 않을 것입니다 그리고 그것은 모든 섬유 설치 될 것입니다. 오실로스코프 GPIB 포트를 통해 쉽게 통신 할 수 있도록 포토 다이오드의 전압을 얻기 위해 사용 된 것이 주. USB 전압계 또는 제 전자 회로의 사용은 장치의 비용을 줄일 수있다.

여기에 제시된 기술은 NPR 섬유 모드 잠금 레이저 작동하기위한 것입니다. 이를 적용하려면, 하나는 ML을받을 수 있도록 미리 조정 상대적으로 안정적인 공동 디자인 작업을 할 필요가있다. 단지 하나의 파라미터가 ML 검색하도록 변화된다는 사실은이 기술의 일반성을 제한한다. 공동은 섬유의 복굴절 성을 도입 인스턴스에 의해 교란되면, 시스템은 보상 및 교란이 작은 경우 ML을 찾을 수있을 것이다. However, PSC는 복굴절 7 고정되어 있기 때문에, 캐비티의 복굴절의 큰 변형을 보상 할 수 없을 것이다. 그런 의미에서,이 기술은 Hellwig 제시 한 바와 같이 일반적으로 고려 될 수 없다. 3. 예컨대 Andral 외. (6)에 의해 논의 된 바와 같이 또한 고유 PSC 각의 제어와 조합하여 여기에 사용 된 출력에서의 S (1)의 단순한 특성은 레이저의 발광 가능한 모든 체제의 탐색을 허용하지 않는다. 또한, ML 검출 기법은 잡음 형 펄스 (11)가 간섭 ML 펄스 및 다중 - 펄스 체제를 구별 할 수 여기에 제시된. 공동 섬유의 사전 조정은 펌프 파워와 PSC 복굴절 따라서 신중 그 간섭 ML 단일 펄스 대신에 노이즈 같은 펄스 또는 다중 - 펄스 정권 형성 할 수 있도록 수행되어야한다.

에서 언급 한 바와 같이소개 ML 다른 메커니즘이 존재하고, 그들 중 일부는 정렬을 필요로하지 않는다. 그들은 모두 어떤 장점과 단점이 있습니다. 비선형 루프 기반 ML (14)는 캐비티 내부의 섬유의 여분의 길이를 필요로하며, 고 반복률 레이저 (15)에 적합하지 않을 거울. 포화 흡수를 기반으로 ML 16 거울 사용자 정의의 디자인 능력과 고려 레이저의 스펙트럼 특성에 적합한 거울이 필요합니다. NPR ML기구가 널리 간단하기 때문에, 그 효과 저비용 구현의 사용 남아있다.

그것은 이제 ML이 발생되도록하여 사용자의 개입없이 상업적 시스템에 사용될 수 있기 때문에, 그 배향 자동화 NPR에게 더욱 흥미로운 옵션을 만든다. 그 정렬을 자동화하는 기술은 여기에 제시된 정상적인 조건에서 ML을받을하기에 충분하며, 구현하기 간단합니다. 그것은 몇 저가의 구성 요소와 더 비싼 INSTR이 필요합니다이러한 광 스펙트럼 분석기 나 RF 스펙트럼 분석기와 같은 색인 처리. 공동 설계는 출력 편광 측정에 의존 때문에 수정 될 필요가 없다. 사실, 출력 일부만 모니터링 도청 나머지 부분은 진행중인 어플리케이션에 사용될 수있다.

즉, 레이저 정렬 절차를 진행 분리 할 필요가 없다. 둘째, 필요한 평균 전력이 1 % 모니터링 탭이 충분한 정도로 작다. 이는 효율적으로 모니터링 상당히 큰 분획을 필요 세컨드 -harmonic 생성 또는 이광자 흡수 같은 비선형 처리에 기초 ML 검출 기법과 대조되어야한다. 마지막으로,이 기술은 요구하기 때문에 단지 S 파라미터를 측정 할 스톡스 거기 편광 상태의 전체 특성에 대한 필요가없고 이는 시스템에 훨씬 더 간단하고 저렴 렌더링 제설계 및 구축 할 수 있습니다.

이 기술은 염두에 목표로 상용 광섬유 레이저에 적합하고, 성능을 향상시키기 위해 추가로 개발 될 수있다. 서로 다른 파장 광섬유 레이저에 적용하는 것도 흥미로운 일이 될 것이다. 여기가 에르븀 첨가 광섬유 레이저에 사용하지만, 필요한 모든 장비를 쉽게 사용할 수 있기 때문에 그것은 이터 븀 첨가 광섬유 레이저에 쉽게 양도했다. 이 아닌 종래의 파장에서 동작하는 레이저를 더 도전이 될 수 있지만, 확실히 가능하다. 이러한 추가 테스트는 솔리톤 레이저 연신 펄스 레이저 similariton 레이저 산성 솔리톤 레이저 서로 다른 확산 체제로의 적용 가능성을 확인하기 위해 필요하다.

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Disclosures

저자는 공개 아무것도 없어.

Acknowledgements

저자는 전자 제품에 관한 귀중한 도움을 기독교 올리비에와 필립 크레 티앙 씨에게 감사의 말씀을, 전동 편광 제어기와 지원 기가 개념 사 에릭 지라드, 교수 실제 발레 많은 유익한 토론 상업 선광과 교수 미셸 Piché의 대출 .

자연 등 기술 (FRQNT), 자연 과학 및 캐나다의 공학 연구위원회 (NSERC)과 캐나다 여름 채용 -이 작품은 퐁 드 공들인 뒤 퀘벡에 의해 지원되었다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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