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

1Centre d'optique, photonique et laser, Université Laval, 2Département de physique, Cégep Garneau
Published 2/28/2016
0 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





By clicking "Submit", you agree to our policies.

 

Summary

Cite this Article

Copy Citation

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Когда лазер с синхронизацией мод, он испускает поезд ультра-коротких импульсов с частотой повторения определенной длины резонатора лазера. В этой статье описывается новый и недорогой процедуры для принудительного режима блокировки в предварительно скорректированных нелинейной поляризации лазера вращения волокна. Эта процедура основана на обнаружении внезапного изменения состояния выхода поляризации, когда происходит режим блокировки. Это изменение используется для команды выравнивания контроллера поляризации внутри полости для того, чтобы найти режим блокировки условий. Более конкретно, значение первого параметра Стокса изменяется при изменении угла контроллера поляризации заметен и, кроме того, он претерпевает резкое изменение, когда лазер переходит в состояние режима автоподстройки. Мониторинг это резкое изменение обеспечивает практический сигнал простой в определить, что может быть использовано для команды выравнивание поляризационного контроллера и привода лазера в направлении мод. Этот контроль достигается путем подачи небольшой частисигнала в анализатор поляризации измерения первого параметра Стокса. Внезапное изменение в чтении из этого параметра из анализатора будет происходить, когда лазер переходит в состояние режима автоподстройки. В этот момент, требуемый угол контроллера поляризации сохраняется фиксированной. Выравнивание завершается. Эта процедура обеспечивает альтернативный путь к существующим процедурам Automating, которые используют оборудование, такое как оптический анализатор спектра, анализатор спектра РЧ, фотодиода, подключенного к электронному импульсным счетчиком или нелинейной схемы детектирования на основе ДФП или генерации второй гармоники. Он подходит для режима лазеров заблокированного нелинейного вращения поляризации. Это сравнительно легко осуществить, он требует недорогое средство, особенно при длине волны 1550 нм, и это снижает затраты на производство и эксплуатацию, понесенные по сравнению с вышеупомянутыми методами.

Introduction

Цель данной статьи состоит в том, чтобы представить процедуру выравнивания автоматизации для получения режима синхронизации мод (ML) в нелинейной поляризации лазеров вращения волокна. Эта процедура основана на двух основных этапов: определение режима ML путем измерения поляризации выходного сигнала лазерного излучения, а затем наладку систему управления самозапуска, чтобы добраться до ML.

Волоконные лазеры стали важным инструментом в оптике в настоящее время. Они являются эффективным источником когерентного ближнего инфракрасного света, и в настоящее время они проходящее в середине инфракрасной части электромагнитного спектра. Их низкая стоимость и простота использования сделали их привлекательной альтернативой другим источникам когерентного света, таких как твердотельных лазеров. Волоконные лазеры могут также обеспечить ультракоротких импульсов (100 фс или менее), когда механизм ML вставлен в полость волокна. Есть много способов создания такого механизма ML, такие как нелинейные зеркала петель и насыщающихся поглотителей. Один из них, широко используется Fили его простота, основана на нелинейной вращения плоскости поляризации (NPR) сигнала 1,2. Он использует тот факт, что эллипс поляризации сигнала испытывает поворот пропорционально его интенсивности по мере распространения в волокнах резонатора лазера. Вставив поляризатор в полости, это приводит к NPR, зависящей от интенсивности потерь во время туда и обратно сигнала.

Лазер может быть вынужден ML путем контроля состояния поляризации. Эффективно, высокие мощности части сигнала будут подвергнуты снизить потери (рисунок 1) , и это в конечном итоге приведет к образованию ультракоротких импульсов света , когда лазер включен и начинается от шумного сигнала с низким энергопотреблением. Однако недостатком этого метода является то, что состояние поляризации контроллер (PSC) должны быть выровнены, чтобы получить ML. Как правило, оператор находит ML вручную путем изменения положения PSC и анализа выходного сигнала лазера с быстрым рhotodiode, оптический анализатор спектра или нелинейный оптический автокоррелятор. Как только излучение импульсов обнаружен, то оператор прекращает изменения положения ККП, так как лазер МЛ. Очевидно, что получение лазера к самозапуска автоматически приводит к важному выигрыш в эффективности. Это особенно актуально, когда лазер подвергается возмущениям, изменяющих выравнивание или конфигурацию полости, поскольку оператор должен снова и снова пройти процедуру выравнивания. В последнее десятилетие различные методы были предложены для достижения этой автоматизации. Hellwig и др. 3 использовали пьезоэлектрические соковыжималки для контроля поляризации в сочетании с полным анализом состояния поляризации сигнала с полностью волоконной разделением от амплитуды поляриметре для обнаружения ML. Radnarotov и др. 4 использовали ЧОК жидкокристаллические пластины с анализом на основе радиочастотного спектра для обнаружения ML. Shen и др. 5 использовали пьезоэлектрические соковыжималкиконтролировать поляризацию и фотодиод / высокоскоростного счетчика системы для обнаружения ML. Совсем недавно была представлена ​​стратегия на основе эволюционного алгоритма, в котором обнаружение обеспечивается фотодиода с высокой пропускной способностью в сочетании с intensimetric автокорреляторе второго порядка и оптический анализатор спектра. Контроль Затем выполняется с двумя электронным способом приводом ЧОК внутри полости 6.

В данной статье описывается новый способ обнаружения ML и его применение к технике автоматизации принуждая волоконный лазер на ML. Обнаружение ML лазера достигается путем анализа того, как состояние поляризации выхода сигнала изменяется угол ККП заметен. Как будет показано далее, переход к ML связано с внезапным изменением состояния поляризации обнаруживаемого путем измерения одного из параметров Стокса выходного сигнала. Тот факт, что импульс является более интенсивным, чем сигнал CW и будет проходить более важную NPR ехрlains это изменение. Поскольку выход лазера непосредственно расположен перед поляризатора в полости, состояние поляризации импульса на этом месте , отличном от состояния поляризации сигнала CW (рисунок 2) и будет использоваться для различения состояния ML. Были представлены теоретические аспекты этой процедуры и ее первой экспериментальной реализации в Оливье и др. 7. В этой статье основное внимание будет уделено техническим аспектам процедуры, ее ограничения и ее преимущества.

Этот метод относительно прост в реализации и не требует сложных измерительных приборов для определения состояния ML и автоматизировать выравнивание лазера, чтобы получить ML. ККП регулируемые снаружи через программируемый интерфейс требуется. Различные ЧОК могут быть использованы в принципе: пьезоэлектрические соковыжималки, жидкий кристалл, волновые пластины во вращение двигателем, магнитооптических кристаллов или моторизованной цельноволоконный на основе PSC Oп сжатие и скручивание волокна 8. В этой статье используется последняя, ​​все-волокна моторизованные Яо типа PSC. Для определения состояния поляризации дорогой коммерческий поляриметр может использоваться. Тем не менее, так как только значение первого параметра Стокса требуется, поляризационный расщепитель луча в комбинации с двумя фотодиодов будет достаточно, как показано в этой статье.

Все эти компоненты недороги для широко используемых эрбиевых волоконных лазеров. Контур обратной связи на основе этой процедуры можно найти ML в течение нескольких минут. На этот раз ответ подходит для большинства применений волоконных лазеров и сравнима с другими существующими методами. На самом деле, время отклика ограничена электроникой, используемых для анализа поляризации сигнала. Наконец, хотя эта процедура применяется здесь к эрбием волоконного лазера симиляритона 9, он может быть использован для любого волоконного лазера на основе НПР как только вышеупомянутого оборудования или его equivalenт становится доступным на длине волны, представляющей интерес.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Настройка волокна ML волоконный лазер Включая моторизованной PSC

  1. Соберите следующие компоненты: одномодовый эрбиевый волокно, 980/1550 нм мультиплексор разделение (WDM), 980/1550 нм WDM-1,550 нм Изолятор гибридная компонент, 50:50 волоконный ответвитель а, волокно поляризатор, моторизованный PSC, два 980 нм диоды накачки лазера, 99/1 волоконный ответвитель а и ручной встроенный PSC.
  2. Обрежьте эрбиевых волоконных и все другие волоконно-косичкой компоненты в соответствии с желаемым дизайном полости.
    Примечание: Представленная процедура автоматизации подходит для волоконных лазеров на основе нелинейного вращения поляризации. Он должен работать для различных режимов работы, таких как солитонном лазера, растянутых-импульсного лазера, диссипативной солитона лазера и симиляритона лазера. Последний режим используется в этом эксперименте.
  3. Для того, чтобы построить резонатор лазера, использовать слитый волокна дл соединени соединить компоненты полости в порядке , указанном на схеме (рисунок 3 </ Сильный>). Перед выполнением каждого слияния сращивания, чистые волокна заканчивается изопропилового спирта и расщеплять их с волокном тесак.
    Примечание: Внутренние компоненты лазера являются, по часовой стрелке в кольцевой полости, моторизованной PSC, 980/1550 нм WDM, легированной эрбием волокно, 980/1550 нм WDM Изолятор гибридная компонент, 50:50 выход ответвитель и волоконный поляризатор. Внешние компоненты представляют собой 99/1 волоконный ответвитель и ручной встроенный ККП (как описано в шагах 1.7 и 1.8).
    Примечание: Волокно сегмент примерно 30 см должна быть вставлена ​​в моторизованной PSC перед сростки выполняются с другими компонентами полости. Хотя стандартный одномодовое волокно будет работать, использование полиимидной покрытием волокна рекомендуется для данного сегмента, так как он более устойчив к давлению, оказываемому винтов контроллера и, таким образом, служить дольше.
  4. Соедините насос лазерных диодов к WDMs с помощью сварочного аппарата. Опять же, чистые волокна заканчивается изопропилового дрcohol и расщеплять их с волокном скалывателе перед выполнением каждого слияния сращивания.
  5. Подключите лазерные диоды к их соответствующих регуляторов температуры и текущих драйверов.
  6. Подключите внутриполостное моторизованные Яо типа волоконно-соковыжималка PSC (рисунок 4) для его ведущего модуля , а затем подключить модуль вождения к USB - порту компьютера.
    Примечание: Этот порт идентифицируется номером "COM4", как показано в "Диспетчер устройств" компьютера.
  7. На выходе лазера, т.е. порт 50:50 ответвителя еще не сращены, сращивать 99/1 ответвитель.
    ПРИМЕЧАНИЕ: 99% порт полезная мощность. 1% порт используется для контроля состояния поляризации в процедуре автоматизации.
  8. Вставьте ручной PSC вдоль волокна на 1% порта. Для этого удалите винты и откройте PSC. Вставьте волокно в соответствующее гнездо, а затем поставить винты обратно в свои отверстия и ввернуть их в.
  9. Сращивания угол полировкой волокна COnnector (АРС) в конце 1% оптоволоконного порта (после ручного PSC). Чистый и расщепляют волокна заканчивается перед выполнением сварки стык.
  10. Подключите выход 99% к оптическому анализатору спектра (OSA), используя адаптер голое волокно.
    Примечание: Как будет показано ниже, оптический спектр видно на ОРД обеспечит альтернативный способ проверки того, если лазер МЛ.
  11. Закрепить все волокна и компоненты в полости должным образом с полиимидной пленки лентой.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Волокна и компоненты должны быть предотвращен от перемещения в любых условиях, например, когда таблица вибрирует или вентиляторы охлаждения нагнетают воздух. Полиимидной пленки лента используется для того, чтобы избежать повреждения волокон.
  12. Затянуть винты давления ККП внутри полости, пока волокна не начнет слегка сдавленные.
  13. Включите лазеров накачки диодов и корректировать свои токи до их максимальных значений, указанных изготовителем лазерного диода.
  14. Запустите интерфейс инструмента связи. В "Перipherals и интерфейс "в левом столбце, выберите" COM4 ". Нажмите на кнопку" Открыть VISA тестовой панели ". Нажмите на кнопку" Input / Output ". Затем, в" Выберите или введите команду "типа" СМ, 500,3000 п " и нажмите на кнопку "Запрос". Это команды PSC вращаться на 3000 шагов 0,1125 ° в направлении по часовой стрелке. делая это, ККП достигает механического упора.
  15. В поле "Выберите или введите команду" из "COM4" тестовой панели, типа "SM, 500, -10 п" и нажмите на кнопку "Запрос". PSC затем поворачивается приблизительно на 1 ° против часовой стрелки. Проверьте, если ML достигается путем глядя на оптическом спектре на ОРД. ML достигается при полной ширины на половине максимума оптического спектра порядка нескольких десятков нанометров (рисунок 5). Если ML будет достигнуто, сохранить двулучепреломления и угол фиксированной и перейдите к шагу 1.18.
  16. Если ML не достигнуто, повторите 1.15 до либо ML или максимального угла АфайNable с PSC достигается.
  17. Если максимальный угол PSC достигается прежде, чем произойдет ML, увеличение двулучепреломления PSC, слегка затянув винты давления и повторите шаги 1,14, 1,15 и 1,16 столько раз, сколько требуется, чтобы получить ML.
  18. После того, как ML достигается, уменьшить мощности накачки до их минимального значения, позволяющего ML к самозапуска. Для этого, уменьшить мощности накачки до ML не будет потеряна. Затем вернуть их обратно медленно в сторону наименьшего значения, которое сделает ML снова. Включите насосы и снова включите его снова и проверьте, если режим лазерного замков сам по себе. Увеличение насос силы немного больше, чтобы обеспечить ML является стабильным и будет самозапуска каждый раз, когда лазер включен.

2. Анализ Поляризация выходного сигнала

  1. Ссылка на 1% кран на коммерческую поляриметре.
  2. Подключите поляриметре к компьютеру через порт USB.
  3. В поле "Выберите или введите команду" из "COM4" тестовой панели, Т.Ю.ЧП "СМ, 500,3000 N" и нажмите на кнопку "Запрос".
  4. Запуск коммерческого поляриметре управления программным обеспечением и начать измерение поляризации, нажав на кнопку "Пуск".
  5. В поле "Выберите или введите команду" из "COM4" тестовой панели, типа "SM, 500, -10 п" и нажмите на кнопку "Запрос". Обратите внимание на состояние поляризации на поляриметре.
  6. Повторите шаг 2.5 столько раз, сколько необходимо, чтобы охватить весь диапазон углов, разрешенных PSC внутри полости. Заметим, что состояние поляризации изменяется очень плавно с углом за исключением специфических углов, где МЛ достигается, как можно видеть, наблюдая одновременно ширину оптического спектра на ОАС.
  7. Повторите шаги 2.3 до 2.6 , но на этот раз, вместо того , чтобы просто смотреть на состояние поляризации, записать значения параметров Стокса S 1, S 2 и S 3 как функцияс угла ККП (рисунок 6). Чтобы увидеть эти значения явно, выберите "Measurement- → Осциллограф" в меню программы и искать средние значения S 1, S 2 и S 3. Одновременно наблюдать оптический спектр и записывать углы, для которых лазер МЛ.

3. Настройка контура обратной связи для автоматизации Выравнивание ККП Используя Коммерческие Измерения поляриметре

  1. Выключите компьютер.
  2. Подключите последовательный порт коммерческого поляриметре к последовательному порту "COM1" компьютера. Перезагрузите компьютер и поляриметре.
  3. Запустите графический интерфейс языка программирования (GPLI), что позволит чтение поляриметре через "COM1" и управления моторизованной PSC через "COM4".
  4. В GPLI, нажмите на кнопку "Blank VI". Затем выберите "Окно →Плитка влево и вправо ".
    Примечание: На экране будет поделена на две части. Блок-схема отображается справа. Он используется для создания сценария с использованием различных функций, связанных с различными значками. На передней панели отображается слева. Он используется для отображения команд и измерений, когда скрипт работает.
  5. В окне блок - схема GPLI, разработать сценарий автоматизации ML для использования с коммерческой поляриметра (рисунок 7).
    Примечание: Этот сценарий читает S 1 из поляриметре и использует его значение для обеспечения обратной связи и достичь надлежащего согласования КРП угла , ведущего к ML. Обнаружение ML достигается путем поиска разрыва в изменении S 1 , как угол изменяется.
    Примечание: Команды, используемые для управления PSC с помощью "COM4" такие же, как те, что представлены в пунктах 2.3 и 2.5. Команда для чтения S 1
  6. Сохраните скрипт, нажав на кнопку "Файл → Сохранить", а затем запустить его, нажав на кнопку "→". PSC возвращается к его механическим ограничителем, то она вращается с шагом примерно 1 ° до ML достигается, показывая значение S 1 , как она развивается.

4. Построение рудиментарных Самодельный Поляризация Analyzer

  1. Подключите осциллограф к компьютеру с помощью интерфейса GPIB.
  2. Поместите поляризационный расщепитель лучей куб (PBS) на оптической скамье.
  3. Установите три FC / APC коллиматоры оптоволоконный порт с PBS (Рисунок 8).
    Примечание: Один из портов является входом. Два других являются выходы для x- и y- компонент поляризации сигнала.
  4. Подключение волоконно-косичкой InGaAs PIN фотодиод к первому выходу.
  5. Подключите фотодиод к транс-impedaсть схема (рисунок 9).
  6. Подключить электрический выход схемы к каналу 1 осциллографа.
  7. Включите цепь транс импедансом.
  8. В GPLI, прочтите среднее значение напряжения на канале 1 осциллографа через соединение GPIB с помощью команд "колбы: IMM: СОУ CH1;" для выбора канала 1 осциллографа, "колбы: IMM: TYPE среднее;" для определения измерения быть среднее напряжение, "колбы: IMM: VAL" чтобы получить значение и, наконец, ": IMM колбы: UNI?" для получения единицы измерения. Сохраните скрипт, нажав на кнопку "Файл → Сохранить", а затем запустить его, нажав на кнопку "→".
  9. Подключение 1% мощности лазера на входном порту PBS и включите лазер на в произвольной мощности накачки. Это посылает 1550 нм оптический сигнал на вход.
  10. Измерьте среднее напряжение на первом выходе. Затем отсоедините волоконно-косичкой фотодиод и заменитьэто коммерческой силовой метр. Измерьте оптическую мощность на этом выходе.
  11. Повторите шаг 4.10 при изменении мощности входного оптического сигнала. Напряжение должно изменяться линейно с оптической мощности. Найти коэффициенты этой линейной зависимости.
    Примечание: Это отношение будет использоваться на этапе 4.20 для получения Рх от измеренного напряжения.
  12. Подключение второй волоконно-скрученный InGaAs PIN фотодиод ко второму выходу PBS.
  13. Подключение фотодиод ко второй схеме транс импедансом.
  14. Подключить электрический выход схемы на канал 2 осциллографа.
  15. Включите цепь транс импедансом.
  16. В GPLI, прочтите среднее значение напряжения на канале 2 осциллографа через соединение GPIB с помощью команд "колбы: IMM: СОУ ch2;" чтобы выбрать канал 2 осциллографа, "колбы: IMM: TYPE среднее;" для определения измерения быть среднее напряжение, "колбы: IMM: VAL?4; чтобы получить значение и, наконец, ": IMM колбы: UNI?" для получения единицы измерения. Сохраните скрипт, нажав на кнопку "Файл → Сохранить", а затем запустить его, нажав на кнопку "→".
  17. Включите лазер на в произвольной мощности накачки.
  18. Измерьте среднее напряжение на втором выходе. Затем отсоедините волоконно-косичкой фотодиод и заменить его на коммерческой силовой метр. Измерьте оптическую мощность на этом выходе.
  19. Повторите шаг 4,18 при изменении мощности входного оптического сигнала. Убедитесь, что напряжение изменяется линейно с оптической мощности.
    Примечание: Найти коэффициенты этой линейной зависимости. Это отношение будет использоваться на этапе 4.20 , чтобы получить P Y от измеренного напряжения.
  20. После установки второго детектора для измерения P у, использовать GPLI для вычисления первого параметра Стокса S 1 определяется как S 1 = ( х - Р у) / х + Р у). Самодельный рудиментарным анализатор поляризации теперь готов к использованию.

5. Замена коммерческого поляриметре по Самодельной поляризационных анализатора в процессе автоматизации

  1. Подключите 1% выход лазера к самодельным входу анализатора поляризации (как это было сделано на шаге 4.9).
  2. Мера первый параметр Стокса S 1 в зависимости от угла PSC (рисунок 10), повторив шаг 2.7 , используя домашний анализатор поляризации (вместо коммерческого поляриметре). Обратите внимание на S 1 график автоматического обновления на каждом шаге. Обратите внимание прерывистую скачок величины S 1 , когда происходит ОД ( В этом случае при использовании коммерческого поляриметре).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Используйте GPLI сценарий для выполнения этой задачи автоматчески. Этот сценарий основан на цикле , который изменяется угол PSC с шагом 1 ° ( с помощью команды "SM, 500, -10 п" отправляется "COM4") и считывает значение S 1 из самодельных анализатор поляризации на каждом шаге.
  3. Измените сценарий , разработанный в 3.5 так , что, вместо того чтобы использовать значение , заданное коммерческим поляриметре, он получает P х и Р у от домашнего анализатора поляризации , а затем вычисляет S 1 = (P х у) / (Р х + P у).
  4. Используйте новый сценарий, основанный на самодельных анализатора поляризации для автоматического МЛ лазера аналогично к шагу 3.6.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

NPR режим автоподстройки волоконные лазеры , как известно, обеспечивают большое разнообразие пульсирующих режимов , таких как Q-коммутируемых импульсов 10, когерентных импульсов ML, шумоподобных импульсов, связанных состояний ОД импульсов, гармонический ML и сложных структур , взаимодействующих ML импульсов 11. В лазере, описанном здесь, после того, как двулучепреломление PSC был установлен, чтобы иметь возможность получить ML, мощность накачки была скорректирована, чтобы быть относительно вблизи порога единичного импульса ML. При этом число конкурирующих режимов было сведено к минимуму. При этом мощности накачки и в зависимости от угла PSC, лазер представлены различные режимы (рисунок 5) , но ни один режим мульти-импульсов. Шумоподобные импульсы 12,13 удалось избежать за счет предварительной регулировки полости волокон , которые хранились фиксированный один раз стандартный одиночный импульс МЛ был найден. На самом деле, конструкция полости, вероятно, важное значение в этом отношении тоже, но этот аспект не был исследован тщательно чERE. Следовательно, единственные оставшиеся режимы были излучение непрерывной волны (CW), добротности излучения и стабильный ML с одним когерентного импульса. В режиме непрерывной волны (CW) и Q-переключаемых режимов, узких линий (1 нм или так, иногда ограничивается оптическим спектром разрешения анализатора) рассматриваются. Эти спектры можно сравнить с широким спектром режима ML с полуширина порядка 30 нм или даже больше. О быстром фотодиод, CW показывает почти никаких изменений, добротности показывает последовательность импульсов с частотой повторения порядка нескольких микросекунд (3.5 микросекунды здесь) и ML выглядит как гораздо быстрее импульсов с частотой повторения несколько десятки наносекунд (12,2 нсек здесь), соответствующие времени туда и обратно лазерного резонатора. Когда автокорреляционная след используется, только режим МЛ показывает наличие импульсов, так как добротности режим генерирует импульсы, которые имеют гораздо более длительный срок и значительно более низкое отношение пиковой мощности. Автокорреляционная следв режиме ML показывает один пик с шириной 156 ФКЦБ, из которого мы вывели, что только один когерентный ML импульс присутствует с длительностью по полувысоте близка к 100 фс (110 фс предполагая гауссову форму импульса и 101 фс в предположении гиперболической секущей квадрат форма импульса).

Измерение параметров Стокса как функция угла ККП внутри полости (рис 6) дает типичный результат , как и ожидалось , в теории 7. Обратите внимание на то, что каждый параметр Стокса резко меняется, когда ML достигается. Следовательно, измерение только один из них, скажем , S 1, требуется для обнаружения ML. Следует отметить, что разрыв в значении данного параметра, который не совпадает с устойчивой ML иногда наблюдается. На самом деле, лазер может иногда достигать неустойчивый режим, при котором он перемещается очень быстро между CW, добротности и режимов ML в хаотичном порядке. В таких ситуациях, значениеs параметров Стокса может существенно изменяться во времени. Эти изменения отображаются в виде погрешностями на графике. Можно видеть, что вариации являются более важными, в некоторых регионах, чем другие. Тем не менее, в стабильные режимы ML, вариации действительно малы. Это говорит о том, что изменение во времени параметров Стокса может быть использован в качестве дополнительного критерия, чтобы проверить, является ли ML действительно достигнут или нет после того, как скачкообразное было обнаружено.

Предыдущий анализ приводит к выводу , что автоматизация лазера может быть основан на поиске разрыва данного параметра Стокса. S 1 был выбран здесь. Варьирование S 1 , которая определяется как "разрыва" априори произвольное. На основании измерений (рисунок 6), то оказывается , что S 1 , как правило , варьируется в зависимости от шагов меньше , чем 0,1 , какугол изменяется на 1 °. Единственное исключение, когда ML достигается, где она колеблется от 0,6. Таким образом, было принято решение зафиксировать порог разрыва до 0,3. Процедура автоматизации представлена ​​здесь (рис 7) основана на том состоянии. Лазер не должен быть в состоянии ML, когда процедура начинается в противном случае процедура остановится, когда будет найден разрыв, ведущий от ML к CW и лазер будет в конечном итоге испуская CW. Это ограничение не является проблемой, так как диапазон углов дает ML мал по сравнению с полным спектром ККП. Таким образом, легко позиционировать PSC под углом действительно далеко от ML, когда подпрограмма занимается. Здесь ККП была доведена до минимального угла, где механический упор не мешает ему двигаться дальше. В этом положении, лазер не был ML. В этих условиях, процедура работает очень хорошо. Он находит ML в течение нескольких минут. В этом случае, скорость в основном ограничена временем необходимых соединений между ними коммерческого рolarimeter и компьютер как угол заметен.

При измерении с помощью самодельного анализатора поляризации (рисунок 10), кривая S 1 в зависимости от угла ККП отличается от кривой , измеренной с коммерческим поляриметра (рисунок 6). Это связано с тем, что х- и у- осей обоих инструментов, не обязательно совпадают. Тем не менее, резкий переход в S 1 , когда достигается ML ясно видно в обоих случаях. На самом деле, поведение S 1, S 2 и S 3 измеряется с коммерческим поляриметре показали , что эти три параметра не претерпевают тот же разрыв , когда была достигнута ML. Это позволяет предположить, что изменение ориентации поляризационного светоделителя или, что эквивалентно, вставки ручной PSC непосредственно перед polarizatионный анализатор может помочь сделать переход более резким и легче обнаружить. На самом деле, это именно то, что здесь произошло, переход к ML легче увидеть с домашним анализатором поляризации, поскольку руководство ККП была скорректирована, чтобы сделать переход более очевидными. Процедура автоматизации этого легче достичь.

Автоматизации с домашнего анализатора поляризации работает очень хорошо. М.Л. находится в пределах нескольких минут. На самом деле, так как показания фотодиодов напряжений быстрее, чем показания коммерческого поляриметре, самодельная анализатор поляризации работает лучше.

Рисунок 1
Рисунок 1:. ML на основе нелинейного вращения поляризации сигнал сначала линейно поляризованный поляризатором и затем преобразуется в эллиптическое состояние поляризации по гое PSC. Из-за нелинейности Керра волокна в резонатор лазера эллипса поляризации испытывает поворот его главной оси, пропорциональной мощности сигнала. Так как поляризатор в конце передает только вертикальную составляющую поляризации, передача будет зависеть от мощности сигнала и может способствовать формированию импульса от шума , если PSC угол правильно отрегулирован. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы увидеть увеличенную версия этой фигуры.

фигура 2
Рис . 2: Положение анализатора поляризации Для заданной средней мощности, импульс будет иметь максимальную мощность больше , чем сигнал непрерывной волны (CW) и будет проходить больший нелинейный поворот поляризации. Позиционируя анализатор непосредственно перед поляризатор, дискриминации между поляризационные состояния позволит выявлять наличие импульса в полости. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3
Рис . 3: волоконный лазер кольцевой резонатор лазера должен быть кольцевой резонатор в том числе оптических волокон одномодовых (синий), коэффициент усиления волокна (зеленый), изолятором, поляризатор, ККП регулируется через компьютерный интерфейс. Выходной ответвитель должен быть расположен непосредственно перед поляризатором. И, наконец, 1% от выходного сигнала касании для того, чтобы следить за состоянием поляризации сигнала и 99% выходного сигнала остается доступным. Анализатор поляризации обеспечивает обратную связь с контуром управления, запрограммированной в компьютере, который регулирует угол между моторизованной PSC (светло-красный) через электрический кабель (черный).пс: //www.jove.com/files/ftp_upload/53679/53679fig3large.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 4
Рис . 4: Моторизованная волоконно-соковыжималка PSC Двупреломление ККП фиксируется давлением винтов на левой стороне . Угол PSC регулируется с электронным управлением двигателем, который находится справа. Электрический кабель соединяет систему с компьютерным интерфейсом. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 5
Рисунок 5: Детектирование ML с оптическим анализатором спектра Различные режимы лазера , наблюдаемого на оптическом спектре.Анализатор на левой стороне, на быстром фотодиод в середине и на автокорреляторе справа (если применимо): квазинепрерывная с несколькими длинами волн (синий), добротностью CW (зеленый) и ML (красный). Спектр в режиме ML значительно шире , чем у других , и его dechirped автокорреляционная след показывает один пик с полушириной 156 фс и относительно узким пьедестале. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 6
Рис . 6: Значение параметров Стокса как функции PSC угла и ML областей Синие кривые среднее значение каждого параметра Стокса в течение 5 измерений с интервалом 0,2 сек для типичного случая. Столбики ошибок обозначают стандартное отклонение измерений и демонстрируют стабильность работы лазер для заданного угла PSC. По мере того как угол PSC изменяется, значения параметров Стокса изменяются в непрерывном режиме, за исключением, когда ML достигается (красные области на рисунке). В этой ситуации, их ценности подвергаются резкое изменение , которое может быть использовано для обнаружения ML. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 7
Рисунок 7:.. Рутинная для автоматического выравнивания PSC , чтобы получить ML Эта блок - схема показывает простую процедуру , используемую для автоматизации выравнивания состояния поляризации контроллера (PSC) , чтобы получить ML Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

8 "SRC =" / файлы / ftp_upload / 53679 / 53679fig8.jpg "/>
Рисунок 8: Самодельный анализатор поляризации измерения S 1 в свободном пространстве поляризационный расщепитель луча расщепляет Х- и Y-поляризационные компоненты сигнала.. Эти компоненты посылаются отдельно к двум фотодиодов , таким образом , измеряющих мощность Р х и Р у в каждой поляризации, что позволяет вычислить первый Стокса параметр S 1 =. х - Р у) / х + Р у) Пожалуйста , нажмите здесь для просмотра увеличенной версии этой фигуры.

Рисунок 9
Рисунок 9: Транс-impedance схема усилителя для каждого фотодиода. Фотодиод InGaAs обнаруживает сигнал 1,550 нм. Он соединен с операционным усилителем, сопротивление и конденсатор. Роль конденсатора, чтобы уменьшить ширину полосы пропускания контура, таким образом, снижая риск получения электрического колебания от самой цепи. Значение напряжения будет усредняется по осциллографу , как среднее значение будет считываться из него и преобразуется в оптический средней мощности путем калибровки с коммерческой оптической мощности метра. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 10
Рисунок 10: Значение первого параметра Стокса в зависимости от PSC угла использованием самодельный анализатора поляризации Поведение S.1 показан типичный резкий переход на угол , где лазер достигает максимального уровня для типичного случая. Это также было видно с коммерческим поляриметре. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Было показано, что можно автоматизировать мл NPR волоконных кольцевых лазеров с помощью петли обратной связи на основе измерений поляризации выхода. Для реализации этой задачи имеет решающее значение для вставки регулируемого PSC в полости. Выходной ответвитель полости должен быть расположен непосредственно перед поляризатором, чтобы увидеть разницу между состоянием поляризации сигнала CW и импульсный сигнал (рисунок 2). Двойное лучепреломление ККП должны быть предварительно настроены таким образом, что ML можно найти и мощность насоса должен быть установлен вблизи одиночного импульса ML порог для того, чтобы получить один импульс в полости и минимизировать число конкурирующих режимов, которые могут произойти. Это объясняет, почему режим ML автоматически найден подметает угол в определенном направлении был всегда одинаков во время эксперимента. Параметр измеряется на выходе для обнаружения ML является S 1. Этот параметр непрерывно изменяется угол PSC внутри полости является ЮЗЕРТ. Единственным исключением является случай, когда ML достигается, значение S 1 , то испытывает разрыв. Возможность сделать приращения малый угол важно здесь. Если используются большие приращения она может стать трудно различить между внезапным скачком и "нормального" вариации. Небольшой диапазон углов, приводящих к ОД также может быть перешагнул, не замечая этого. Небольшой прирост также гарантирует, что состояние ML всегда одинакова, так как система не попадает в любой точке диапазона ML, но всегда обнаруживать края этого региона, в котором импульсы имеют всегда один и тот же оптический спектр. Это единственный очевидный способ обеспечения повторяемости процедуры и параметры импульсов, генерируемых.

Учитывая вышеизложенное , критические точки были рассмотрены, можно построить самодельный поляризационного анализатора , который обеспечивает значение S 1 и позволяют обнаруживать и автоматизацииML. Установки, предложенный здесь был составлен из свободного пространства поляризационной светоделителе куб в комбинации с двумя фотодиодов. В качестве альтернативы можно использовать волокна на основе поляризации пучка сплиттер. Нет выравнивания не потребуется, и это было бы установка цельноволоконный. Отметим также, что осциллограф был использован для получения напряжения фотодиодов, чтобы общаться с ним легко через порт GPIB. Использование вольтметра USB или домашней электронной схемы может снизить стоимость устройства.

Техника, представленная здесь, предназначена для работы на NPR волокна с синхронизацией мод лазеров. Для того, чтобы применить его, нужно работать с относительно стабильной конструкции полости, которая была предварительно скорректированной, чтобы иметь возможность получить ML. Тот факт, что только один параметр изменяется для поиска ML ограничивает общность техники. Если полость возмущении, например, введением двойного лучепреломления в волокнах, то система будет иметь возможность компенсировать и найти ML, когда возмущение мало. ЧАСowever, ККП не сможет компенсировать большой модификации двулучепреломления полости , поскольку его двулучепреломления фиксируется 7. В этом смысле, этот метод не может рассматриваться как общий , как тот , представленный в Hellwig и др. 3. Кроме того , простая характеристика S 1 на выходе , используемого здесь , в сочетании с контролем уникального PSC угла не позволяет исследованию всех возможных режимов излучения лазера , как обсуждается андрал и др. , 6 , к примеру. Кроме того, метод обнаружения ML , представленная здесь не может различать шумоподобных импульсов 11, когерентных импульсов ML и многопластинчатые импульсов режимов. Предварительная настройка полости волокон, мощности накачки и PSC двулучепреломления таким образом, должно быть тщательно сделано, чтобы гарантировать, что одиночные когерентные импульсы ML будут формировать вместо шумоподобных импульсов или многооконном импульсов режимов.

Как уже упоминалось ввведение, другие механизмы ML существуют и некоторые из них не требуют выравнивания. Все они имеют некоторые плюсы и минусы. ML на основе нелинейного контура зеркала 14 требует дополнительной длины волокна внутри полости и может быть не подходит для высокой скорости повторения лазеров 15. ML на основе насыщающихся поглотителей зеркала 16 требует конструкция обычая зеркала подходит для мощности и спектральных характеристик лазера рассматриваемого. Механизм NPR ML остается наиболее широко используется из-за своей простоты, ее эффективности и внедрения с низкими затратами.

Автоматизация ее выравнивания делает NPR еще более интересный вариант, потому что он теперь может быть использован в коммерческих системах, не требуя вмешательства пользователя для обеспечения ML происходит. Техника для автоматизации ее выравнивания, представленная здесь достаточно, чтобы получить ML в нормальных условиях и прост в реализации. Это требует нескольких недорогих компонентов и не дорогой инстрuments такой как оптический анализатор спектра или анализатора ВЧ спектра действия. Конструкция полости не должен быть изменен, так как он основан на измерении поляризации выхода. На самом деле, лишь часть выходного сливают для мониторинга, а оставшаяся часть может быть использована для текущего приложения.

Другими словами, лазер не нужно отключать, чтобы продолжить процедуру выравнивания. Во-вторых, требуемая средняя мощность настолько мала, что метчик мониторинг 1% достаточно. Это должно быть противопоставлено с методами обнаружения ML на основе нелинейных процессов, таких как второй -гармонического поколения или ДФП, что потребовало бы значительно большую долю для мониторинга, чтобы быть эффективными. И наконец, так как этот метод требует только первый параметр Стокса S 1 , чтобы измерить, нет необходимости в полной характеристики состояния поляризации , и это делает систему намного проще и дешевлепроектирование и строительство.

Этот метод хорошо подходит для коммерческих волоконных лазеров и, с этой целью в виду, можно было бы доработать, чтобы улучшить его работу. Это будет интересно и применить его к волоконных лазеров на разных длинах волн. Здесь он был использован в лазере эрбиевых волоконных но легко перенести в иттербиевых волоконных лазеров, так как все необходимое оборудование легко доступно. Это может стать более сложным для лазеров, работающих на нетрадиционных длинах волн, но это, конечно, возможно. Больше тестирования необходимо проверить его применимость к различным режимам дисперсии, такие как солитонном лазера, растянутых импульсов лазера, симиляритона лазера и рассеивающего солитона лазера.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего раскрывать.

Acknowledgements

Авторы хотели бы поблагодарить Christian Оливье и Филипп Кретьена за ценную помощь в отношении электроники, Éric Girard на Giga Concept Inc. для поддержки с моторизованным поляризационного контроллера, профессор Réal Vallée для получения кредита коммерческого поляриметре и профессор Мишель Piche для многих плодотворных дискуссий ,

Эта работа была поддержана Fonds де Recherche дю Квебек - Природа и технологии в (FRQNT), естественных и технических наук Научно-исследовательский совет Канады (NSERC) и Канады Летние работы.

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

  1. Hofer, M., Fermann, M. E., Haberl, F., Ober, M. H., Schmidt, A. J. Mode locking with cross-phase and selfphase modulation. Opt. Lett. 16, (7), 502-504 (1991).
  2. Haus, H. A., Ippen, E. P., Tamura, K. Additive-pulse modelocking in fiber lasers. IEEE J. Quantum Electron. 30, (1), 200-208 (1994).
  3. Hellwig, T., Walbaum, T., Groß, P., Fallnich, C. Automated characterization and alignment of passively mode-locked fiber lasers based on nonlinear polarization rotation. Appl. Phys. B. 101, (3), 565-570 (2010).
  4. Radnatarov, D., Khripunov, S., Kobtsev, S., Ivanenko, A., Kukarin, S. Automatic electronic-controlled mode locking self-start in fibre lasers with non-linear polarization evolution. Opt. Express. 21, (18), 20626-20631 (2013).
  5. Shen, X., Li, W., Yan, M., Zeng, H. Electronic control of nonlinear-polarization-rotation mode locking in Yb-doped fiber lasers. Opt. Lett. 37, (16), 3426-3428 (2012).
  6. Andral, U., Si Fodil, R., Amrani, F., Billard, F., Hertz, E., Grelu, P. Fiber laser mode locked through an evolutionary algorithm. Optica. 2, (4), 275-278 (2015).
  7. Olivier, M., Gagnon, M. D., Piché, M. Automated mode locking in nonlinear polarization rotation fiber lasers by detection of a discontinuous jump in the polarization state. Opt. Express. 23, (5), 6738-6746 (2015).
  8. Ulrich, R., Simon, A. Polarization optics of twisted single-mode fibers. Appl. Opt. 18, (13), 2241-2251 (1979).
  9. Chong, A., Logan, L. R., Wise, F. Ultrafast fiber lasers based on self-similar pulse evolution: a review of current progress. Rep. Prog. Phys. 78, (11), 113901 (2015).
  10. Komarov, A., Leblond, H., Sanchez, F. Theoretical analysis of the operating regime of a passively-mode-locked fiber laser through nonlinear polarization rotation. Phys. Rev. A. 72, 063811 (2005).
  11. Kobtsev, S., Smirnov, S., Kukarin, S., Turitsyn, S. Mode-locked fiber lasers with significant variability of generation regimes. Optical Fiber Technology. 20, (6), 615-620 (2014).
  12. Kobtsev, S., Kukarin, S., Smirnov, S., Turitsyn, S., Latkin, A. Generation of double-scale femto/pico-second optical lumps in mode-locked fiber lasers. Opt. Express. 17, (23), 20707-20713 (2009).
  13. Churkin, D. V., Sugavanam, S., Tarasov, N., Khorev, S., Smirnov, S. V., Kobtsev, S. M., Turitsyn, S. K. Stochasticity periodicity and localized light structures in partially mode-locked fibre lasers. Nat. Commun. 6, 7004 (2015).
  14. Duling, I. N. III, Chen, C. J., Wai, P. K. A., Menyuk, C. R. Operation of a nonlinear loop mirror in a laser cavity. IEEE J. Quantum Electron. 30, (1), 194-199 (1994).
  15. Krempzek, K., Grzegorz, S., Kaczmarek, P., Abramski, K. M. A sub-100 fs stretched-pulse 205 MHz repetition rate passively mode-locked Er doped all-fiber laser. Laser Phys. Lett. 10, 105103 (2013).
  16. Shtyrina, O., Fedoruk, M., Turitsyn, S., Herda, R., Okhotnikov, O. Evolution and stability of pulse regimes in SESAM-mode-locked femtosecond fiber lasers. J. Opt. Soc. Am. B. 26, (2), 346-352 (2009).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Video Stats