出力偏光測定を通じて非線形偏波回転ファイバレーザにおけるモードロックの自動化

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

レーザは、モードロックされたときには、レーザ共振器の長さによって決定される繰り返し率で、超短パルス列を放出します。この記事では、事前調整非線形偏光回転ファイバレーザにモード同期を強制的に新しいと安価な手順の概要を説明します。この手順は、モードロックが発生し、出力偏光状態の急激な変化の検出に基づいています。この変化は、モード同期状態を見つけるために、イントラキャビティ偏光コントローラの位置合わせを指令するために使用されます。具体的には、第一のストークスパラメータの値は、レーザーが、モードロック状態になったときまた、急激な変化を受け、偏光制御器の角度を掃引したときに変化​​し。この急激な変化を監視する偏光制御器の位置合わせを指示し、モード同期に向けてレーザを駆動するために使用することができる実用的な簡単に検出信号を供給する。この監視は、ごく一部を供給することにより達成されます。偏光解析装置への信号の最初のストークスパラメータを測定します。レーザーは、モードロック状態になったときアナライザからこのパラメータの読み出しの急激な変化が発生します。このとき、偏波コントローラの必要な角度が一定に保たれます。アライメントが完了しました。この手順では、このような光スペクトラムアナライザ、RFスペクトラム・アナライザ、電子パルスカウンタまたは2光子吸収または第二高調波発生に基づく非線形検出方式に接続されたフォトダイオードなどの機器を使用する既存の自動化手順への代替方法を提供します。これは、非線形偏光回転によってロックレーザモードに適しています。特に、1550nmの波長において、安価な手段を必要とし、実装するのが比較的容易であり、それは、上記の技術と比較して発生し、生産及び操作のコストを低下させます。

Introduction

この論文の目的は、非線形偏光回転ファイバレーザモード同期(ML)を得るために自動アライメント手順を提示することです。この手順は、2つの重要なステップに基づいています。レーザーの出力信号の偏光を測定した後、MLに到達するために、自己始動制御装置をアップ設定することにより、ML体制を検出します。

ファイバレーザは、最近の光学系で重要なツールとなっています。彼らは、コヒーレント近赤外光の効率的な供給源であり、彼らは今、電磁スペクトルの中間赤外線部分内に延びています。その低コスト、使いやすさは、固体レーザなどのコヒーレント光の他のソースにそれらを魅力的な代替を行いました。 ML機構はファイバキャビティ内に挿入されたときのファイバレーザは、(100フェムト秒以下)の超短パルスを提供することができます。このような非線形ループミラーと可飽和吸収体としてこのMLメカニズムを設計する方法は多数あります。これらのいずれかの、広く使用されているFまたはそのシンプルさは、信号1,2の非線形偏光回転(NPR)に基づいています。それは、レーザキャビティのファイバに伝搬する信号の偏光の楕円は、その強度に回転比例を受けるという事実を利用します。キャビティ内での偏光板を挿入することにより、このNPRは、信号の往復の際に強度依存損失につながります。

レーザーは、次に、偏光状態を制御することにより、MLに強制することができます。効果的に、信号の高出力部は、低損失( 図1)に供され、レーザがオンと低電力ノイズの多い信号から開始された場合、これは、最終的に光の超短パルスの形成につながります。しかし、この方法の欠点は、偏光状態コントローラ(PSC)は、適切にMLを取得するように整列されなければならないということです。通常、オペレータは、PSCの位置​​を変化させると高速Pでレーザの出力信号を分析することによって手動でMLを発見しますhotodiode、光スペクトラムアナライザや非線形光学自動相関器。できるだけ早くパルスの放射が検出されると、オペレータは、レーザがMLであるので、PSCの位置​​を変化させることを停止します。明らかに、自動的に効率の重要な利益につながる自己スタートにレーザーを得ます。レーザは、オペレータが何度も位置合わせ手順を経る必要があるため、アライメントまたは空洞の構成を変更する摂動を受ける場合に特に当てはまります。 10年で、異なる方法が、この自動化を達成するために提案されています。 Hellwigさん 3 、MLを検出するためにすべてのファイバ分割の振幅偏光の信号の偏光状態の完全な分析と組み合わせた偏光を制御するための圧電スクイーザを用います。 Radnarotov 4は、MLを検出するためのRFスペクトルに基づいて分析を液晶板のPSCを使用します。シェンらは、5圧電スクイーザを使用分極およびMLを検出するフォトダイオード/高速カウンタシステムを制御します。より最近では、進化的アルゴリズムに基づいた戦略は、検出がintensimetric二次自己相関と光スペクトラムアナライザと組み合わせて高帯域幅のフォトダイオードによって提供されて提示されました。制御は、その後、キャビティ6 2電子駆動のPSCを用いて行われます。

この記事では、MLにファイバレーザを強制的に自動化技術にMLとその応用を検出する革新的な方法を説明します。レーザのMLの検出は、PSCの角度を掃引される信号の出力偏光状態がどのように変化するかを分析することによって達成されます。示されるように、MLへの遷移は、出力信号のストークスパラメータのいずれかを測定することによって検出偏光状態の急激な変化と関連しています。パルスはCW信号よりも強いであり、より重要なNPRのexpを受けるという事実lainsこの変更。レーザの出力は直ちにキャビティ内の偏光子の前に配置されているので、この位置におけるパルスの偏光状態は、CW信号の偏光状態( 図2)とは異なり、MLの状態を識別するために使用されます。このプロシージャとその最初の実験的な実装の ​​理論的な側面は、オリビエに提示された。7。この記事では、重点は、プロシージャ、その限界とその利点の技術的な側面になります。

この技術は、比較的実装が簡単であり、MLの状態を検出し、MLを取得するために、レーザーの位置合わせを自動化するための高度な測定機器を必要としません。プログラマブルインタフェースを介して外部で調整PSCが必要です。別のPSCは、原理的には使用することができる:モーター、磁気光学結晶または電動全ファイバPSCベースのOによって回転圧電スクイーザ、液晶、波板nは圧搾ファイバ8をねじります。この記事では、後者は、全ファイバ電動八尾型PSCを使用されています。高価な商用の偏光を使用することができる偏光状態を検出するために。最初のストークスパラメータの値のみが必要とされているので、この記事で示したようにしかし、2つのフォトダイオードと組み合わせた偏光ビームスプリッタは十分であろう。

すべてのこれらの構成要素は、広く使用されているエルビウムドープファイバレーザのため安価です。この手順に基づいてフィードバックループが数分でMLを見つけることができます。この応答時間は、ファイバレーザのほとんどのアプリケーションに適しており、他の既存の技術に匹敵します。実際に、応答時間は、信号の偏光を分析するために使用される電子機器によって制限されます。手順はsimilariton 9エルビウムドープファイバレーザにここで適用しているが、最終的には、上述した装置またはそのequivalen次第任意NPR基づくファイバレーザを使用することができますトンは、関心のある波長で利用可能になります。

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Protocol

1.電動PSCを含むファイバーMLファイバーレーザーの設定

  1. 単一モードのエルビウム添加光ファイバ、980 / 1,550 nmの波長分割マルチプレクサ(WDM)、980 / 1,550 nmのWDM-1,550 nmのアイソレータハイブリッド成分50/50ファイバ結合器、光ファイバ偏光子、以下の成分を集めます電動式PSC、2の980nmレーザーポンプダイオード、99/1ファイバカプラおよび手動インラインPSC。
  2. 希望のキャビティ設計に合うようにエルビウム添加光ファイバと他のすべてのファイバピッグテール成分をカットします。
    注:提示自動化手順は、非線形偏光回転に基づいて、ファイバレーザに適しています。このようなソリトンレーザー延伸パルスレーザー、散逸ソリトンレーザーとsimilaritonレーザなどの異なるオペレーティング・レジームのために働く必要があります。後者のレジームは、この実験で使用されています。
  3. レーザ共振器を構築するには、図( 図3に示す順序で空洞部品を結合するために、ファイバ融着接続機を使用します</強いです>)。それぞれの融着接続を行う前に、きれいな繊維は、イソプロピルアルコールで終了し、ファイバ切断装置でそれらを切断します。
    注:レーザーの内部構成要素は、リング共振器の時計回りの順に、980 / 1,550 nmのWDM、エルビウムドープファイバ、980 / 1,550 nmのWDMアイソレータハイブリッド成分50/50出力電動PSCありますカプラおよびファイバ偏光子。外付け部品は99/1ファイバカプラおよび手動インラインPSC(ステップ1.7と1.8で説明したように)です。
    注:スプライスをキャビティの他のコンポーネントを使用して実行される前に、約30cmのファイバセグメントは、電動式PSCに挿入する必要があります。標準的なシングルモードファイバは機能しますが、それはコントローラのねじによる圧力に対してより耐性であり、したがって、長持ちしますので、ポリイミド被覆繊維の使用は、このセグメントのために推奨されます。
  4. 融着接続機を使用してのWDMへの励起レーザダイオードに参加。ここでも、きれいな繊維は、イソプロピルアルで終了しますcoholと各融着接続を行う前に、繊維包丁でそれらを切断します。
  5. それぞれの温度コントローラと現在のドライバにレーザーダイオードを接続します。
  6. イントラキャビティ電動八尾型ファイバスクイーザのPSC( 図4)は、その駆動モジュールに接続し、コンピュータのUSBポートに駆動モジュールを接続します。
    メモ:コンピュータの「デバイスマネージャ」に示すように、このポートは、番号「COM4」によって識別されます。
  7. レーザーの出力では、50/50カプラのポートは99/1カプラスプライス、まだスプライシングされていない、すなわち
    注:99%ポートが使用可能な出力です。 1%のポートは、自動化手順における偏光状態を監視するために使用されます。
  8. 1%ポートのファイバに沿っマニュアルPSCを挿入します。これを行うには、ネジを取り外し、PSCを開きます。適切なスロットに繊維を挿入した後、戻って自分の穴にネジを入れて、それらをねじ込みます。
  9. 角度研磨繊維の共同スプライス(手動PSC後)1%ポートのファイバの終わりにnnector(APC)。清潔で繊維を切断するには、融着接続を実行する前に終了します。
  10. 裸ファイバアダプタを用いた光スペクトラムアナライザ(OSA)を99%の出力を接続します。
    注:後述するように、OSAに見られる光スペクトルは、レーザーがMLであるかどうかをチェックする別の方法を提供します。
  11. ポリイミドフィルムテープで適切にキャビティ内の全ての繊維およびコンポーネントを保護します。
    注:繊維および構成要素は、テーブルが振動したり、ファンが空気を吹き付ける際にどのような条件の下で移動するのを防止する必要があります。ポリイミドフィルム、テープ、繊維の損傷を防ぐために使用されています。
  12. 繊維がわずかに絞られ始めるまで、キャビティ内のPSCの圧力ネジを締めます。
  13. ポンプレーザダイオードをオンにして、レーザダイオードのメーカーによって指定されるようにそれらの最大値にその電流を調整します。
  14. 機器の通信インタフェースを起動します。 「パーでipheralsとインタフェース」欄左側に、選択した「COM4」を。をクリックして「開くVISAテストパネル」。をクリックして「入力/出力」。そして、中」コマンドを選択するか入力し、「タイプ」SM、500,3000 n "はそして「クエリ」ボタンをクリックします。これは、そうしながらPSCは。時計方向に0.1125°の3000段階によって回転するためのコマンド、PSCは、機械的停止に達します。
  15. そして「COM4」試験パネル、タイプ「N SM、500、-10」の「選択または入力します。コマンド」の「クエリ」ボタンをクリックします。 PSCは、その後、約1°反時計回りに回転します。 MLは、OSAの光スペクトルを見ることによって到達したかどうかを確認してください。光スペクトルの半値幅が数十ナノメートル( 図5)のオーダーである場合MLに到達します。 MLに達した場合、複屈折および固定角度を維持し、1.18に進みます。
  16. MLに達していない場合は、MLまたは最大角度attaiのいずれかまで1.15を繰り返しますPSCとのNABLEに到達します。
  17. MLが発生する前に、PSCの最大角度に達した場合、わずかに圧力ネジを締めて、PSCの複屈折率を高め、MLを取得するために、必要に応じて繰り返して何回も1.14、1.15と1.16を繰り返します。
  18. MLに到達すると、セルフスタートにMLを可能にするそれらの最小値にポンプパワーを減少させます。 MLが失われるまで、これを行うには、ポンプパワーを減少させます。その後、MLは再び表示になります最小値に向かってゆっくりとそれらを持ち帰ります。ポンプの電源を切り、背面に再び自身でレーザモードロックをかどうかを確認します。 MLは安定しており、レーザーがオンになるたびに自己開始されます保証するために、ポンプ電力もう少しを増やします。

2.出力信号の偏光を分析

  1. 商業偏光に1%タップをリンクします。
  2. USBポートを使用してコンピュータに偏光計を接続します。
  3. 「COM4」試験パネル、TYの「選択または入力してコマンド」では、「N SM、500,3000を「PEと「クエリ」ボタンをクリックします。
  4. 商用偏光制御ソフトウェアを実行し、「スタート」ボタンをクリックすることで、偏光測定を開始します。
  5. そして「COM4」試験パネル、タイプ「N SM、500、-10」の「選択または入力します。コマンド」の「クエリ」ボタンをクリックします。旋光偏光状態を観察します。
  6. 繰り返し手順2.5キャビティ内PSCによって許可された角度の全範囲をカバーするために必要な回数。偏光状態を同時にOSAの光学スペクトルの幅を見て分かる​​ようにMLに到達した特定の角度を除い角度で非常に滑らかに変化することを観察します。
  7. 繰り返し関数としてS 1、S 2およびS 3のパラメータストークスの値を記録するだけで偏光状態を監視するのではなく、2.6今回2.3手順PSCの角度のS( 図6)。明らかにこれらの値を表示するには、ソフトウェアのメニューで「測定- →オシロスコープ」を選択し、S 1、S 2、S 3の平均値を探します。同時に光スペクトルを見て、レーザーがMLであるために角度を記録します。

3.商業旋光測定を用いてPSCの位置​​合わせを自動化するためのフィードバックループを設定します

  1. コンピュータの電源を切ります。
  2. コンピュータのシリアルポート "COM1"に商業偏光計のシリアルポートを接続します。コンピュータと偏光を再起動します。
  3. 「COM1」と「COM4」を経由して電動PSCの制御を介して、偏光の読み取りを可能にするグラフィカルプログラミング言語インターフェース(GPLI)を起動します。
  4. GPLIでは、「ブランクVI」をクリックしてください。次に、「ウィンドウを選択→タイル左と右」。
    注:画面には、2つの部分に分割されます。ブロックダイアグラムが右側に表示されます。別のアイコンに関連付けられたさまざまな機能を使用してスクリプトを作成するために使用されます。フロントパネルが左側に表示されています。コマンドスクリプトが実行されている測定結果を表示するために使用されます。
  5. GPLIのブロックダイアグラムウィンドウで、( 図7参照 )は、市販偏光計で使用するMLの自動化スクリプトを開発します。
    注:このスクリプトは、偏光からS 1を読み込み、フィードバックを提供し、MLにつながるPSC角の適切な位置合わせに到達するために、その値を使用しています。 MLの検出は、角度が変化するようにS 1の変形例における不連続性を探索することにより達成されます。
    注:「COM4」を介してPSCを制御するために使用されるコマンドは、ステップ2.3および2.5に提示されるものと同じです。 S 1を読み出すコマンド
  6. 「保存→ファイル」をクリックして、スクリプトを保存し、「→」ボタンをクリックして実行します。 PSCは、それが進化するように、S 1の値を示し、MLに到達するまで、それは、約1度ずつ回転する、バックその機械的停止させます。

4.初歩的な手製の偏光アナライザを構築

  1. GPIBインタフェースを使用してコンピュータにオシロスコープを接続します。
  2. 光学ベンチ上に偏光ビームスプリッタキューブ(PBS)を置きます。
  3. PBS( 図8)で3 FC / APC光ファイバポートコリメータを設定します。
    注:ポートのいずれかが入力されます。他の2つは、信号のx軸とy軸偏光成分のための出力です。
  4. 第一の出力にファイバピッグテールのInGaAs PINフォトダイオードを接続します。
  5. トランスimpedaにフォトダイオードを接続しますNCE回路( 図9)。
  6. オシロスコープのチャンネル1に回路の電気出力を接続します。
  7. トランスインピーダンス回路をオンにします。
  8. 「SOU CH1:IMM MEASU; "GPLIでは、コマンドを使用して、GPIB接続を介してオシロスコープのチャンネル1の電圧の平均値を読み取りますオシロスコープのチャネル1を選択し、「MEASU:IMM:平均TYPE; "平均電圧であると測定を定義するには、「MEASU:IMM:?VAL "値と最終的に取得する」:IMM:MEASU?UNIを」測定単位を取得します。 「保存→ファイル」をクリックして、スクリプトを保存し、「→」ボタンをクリックして実行します。
  9. PBSの入力ポートでレーザーの1%の出力を接続し、任意のポンプパワーでレーザーをオンにします。これは、入力に1,550 nmの光信号を送信します。
  10. 第一の出力の平均電圧を測定します。次に、ファイバピッグテールフォトダイオードを外して交換それ商用電源メーターによって。この出力で光パワーを測定します。
  11. 繰り返しステップ4.10入力光信号のパワーを変化させています。電圧は、光パワーに対して直線的に変化すべきです。この直線関係の係数を求めます。
    注:この関係は、測定された電圧からP x得るために、ステップ4.20において使用されます。
  12. PBSの第二の出力に第ファイバピッグテールのInGaAs PINフォトダイオードを接続します。
  13. 第二のトランスインピーダンス回路にフォトダイオードを接続します。
  14. オシロスコープのチャネル2に回路の電気出力を接続します。
  15. トランスインピーダンス回路をオンにします。
  16. 「SOU CH2:IMM MEASU; "GPLIでは、コマンドを使用して、GPIB接続を介してオシロスコープのチャネル2の電圧の平均値を読み取りますオシロスコープのチャネル2を選択し、「MEASU:IMM:平均TYPE; " IMM:VAL平均電圧、「MEASUであることが測定を定義するには?4;値と最終的に取得する」:IMM:MEASU?UNIを」測定単位を取得します。 「保存→ファイル」をクリックして、スクリプトを保存し、「→」ボタンをクリックして実行します。
  17. 任意のポンプパワーでレーザーをオンにします。
  18. 第二の出力の平均電圧を測定します。次に、ファイバピッグテールフォトダイオードを切断し、商用電力計でそれを置き換えます。この出力で光パワーを測定します。
  19. 繰り返しステップ4.18入力光信号のパワーを変化させています。電圧が光パワーに比例して変化することを確認します。
    注:この直線関係の係数を検索します。この関係は、測定された電圧からP y得るために、ステップ4.20において使用されます。
  20. P y測定するための第2の検出器を設定した後、(S 1 =のように定義された最初のストークスパラメータS 1を計算するためにGPLIを使用のx - P Y)/(P X + P y )。自家製の初歩的な偏光アナライザを使用する準備が整いました。

5.自動化プロセスに自家製の偏光アナライザによって商業旋光の交換

  1. (ステップ4.9で行われたように)自家​​製の偏光アナライザの入力へのレーザの1%の出力を接続します。
  2. (代わりに商業偏光計の)自家製の偏光アナライザを使用して、ステップ2.7を繰り返して、PSC( 図10)の角度の関数として最初のストークスパラメータS 1を測定ます。自動的に各ステップで更新S 1グラフを観察します。 MLが発生したときに(商業偏光を使用しながら、このような場合は)、S 1の値の不連続ジャンプを確認します。
    注:このタスクのオートマットを実行するためにGPLIスクリプトを使用します的には。このスクリプトは(コマンドを使用して"SM、500を、-10 n"は"COM4"に送信された)1°のステップによってPSCの角度を変化させるループに基づいて、自家製のS 1の値を読み出しれます各ステップでの偏光アナライザ。
  3. 、ように3.5で開発されたスクリプトを修正代わりに商業偏光によって与えられた値を使用するのではなく、自家製の偏光アナライザからP xおよびP y取得し、S 1 =(P のx -P y)計算する/(P X + Pの Y)。
  4. 3.6工程と同様の方法で自動的にレーザーをmlに自家製の偏光アナライザに基づいて新しいスクリプトを使用してください。

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Representative Results

NPRのモードロックファイバレーザは、Qスイッチパルス10、コヒーレントMLパルス、ノイズのようなパルス、MLパルスの束縛状態、MLパルス11を相互作用の高調波MLや複雑な構造のような脈動体制の多種多様を提供することが知られています。 PSCの複屈折は、MLを得ることができるように固定した後、ここに記載のレーザでは、ポンプ電力は、比較的単一パルスMLの閾値付近になるように調整しました。そうすることで、競合する計画の数を最小限に抑えました。このポンプパワーとPSCの角度に応じてでは、レーザーは異なる体制( 図5)が、無マルチパルス体制を発表しました。ノイズのようなパルス12,13が原因標準的な単一のMLパルスが検出された後は一定に保たれた空洞繊維の調整前に回避されました。実際には、キャビティ設計は、あまりにもその点ではおそらく重要であるが、この点は時間徹底的に調査しませんでしたERE。その結果、唯一残っている政権は、連続波放射(CW)、Qスイッチ放射および単一コヒーレントパルスとの安定したMLました。連続波(CW)とQスイッチレジーム、細線(1ナノメートル程度、時々光スペクトルアナライザの分解能によって制限される)に見られます。これらのスペクトルは、30ナノメートルまたはそれ以上のオーダーの半値幅を有するML体制の広いスペクトルと比較されます。高速フォトダイオード上に、CWはほとんど変化を示し、Qスイッチは、数マイクロ秒(ここでは3.5マイクロ秒)のオーダーの繰り返し率を有するパルス列を示し、MLは、いくつかの繰り返し率で非常に速いパルス列として表示され数十ナノ秒(ここでは12.2ナノ秒)レーザキャビティの往復時間に相当します。自己相関トレースを使用する場合、Qスイッチレジームは、はるかに長い持続時間およびはるかに低いピークパワーを有するパルスを生成するので、唯一のMLレジームは、パルスの存在を示しています。自己相関トレースML体制で、我々は、単一のコヒーレントMLパルスがFWHM期間を持つ存在に近い100フェムト秒(110フェムト秒ガウスパルス形状を仮定し、フェムト秒101が双曲線正割の二乗を仮定にあると推定され、そこから156フェムト秒の幅を持つ単一のピークを示し、パルス形状)。

理論7に予想通りキャビティ内PSC( 図6)の角度の関数として、ストークスパラメータの測定は、典型的な結果が得られました。 MLに達したときに、各ストークスパラメータが急激に変化することに注意してください。その結果、いずれか一方のみの測定は、S 1は 、MLを検出する必要があると言います。安定したMLと一致しない指定されたパラメータの値の不連続が時々観察されることに注意してください。実際には、レーザーは、時にはそれが混沌とした方法でCW、QスイッチおよびML政権との間で実際に素早く移行し、不安定な政権に達する可能性があります。これらの状況では、値ストークスパラメータのsが、時間が実質的に異なる場合があります。これらの変化は、グラフ上のエラーバーとして表示されます。変動が他のものよりも、いくつかの領域において、より重要であることがわかります。しかし、安定したML体制で、バリエーションは本当に小さいです。これは、ストークスパラメータの時間的変化が不連続ジャンプが検出された後にMLが実際に到達されているかどうかを確認するために相補的な基準として使用され得ることを示唆しています。

以前の分析では、レーザーの自動化は、所与のストークスパラメータの不連続性のための検索に基づくことができるという結論を導く。S 1は、ここで選択しました。 「不連続」と定義されるS 1の変化は、 先験的に任意です。測定値に基づいて( 図6)、S 1は、通常、0.1よりも小さいステップによって変化することが見出され角度は、1°ずつ変化させます。それは0.6によって異なりますどこMLに達した場合には例外です。従って、0.3に不連続のしきい値を修正することを決定しました。ここに提示自動化手順( 図7)は、その条件に基づいています。ルーチンはそれ以外の場合は開始CWにMLから先頭の不連続性が発見されたときにルーチンが停止し、レーザはCWを放出してしまうと、レーザーは、MLの状態であってはなりません。 MLを与える角度の範囲は、PSCの全範囲に比べて小さいので、この制約は問題ではありません。本当に遠くルーチンが従事しているMLから角度でPSCを配置することは容易です。ここでは、PSCは、機械的な停止がさらに移動するのを防ぐことができ、その最小角度にしました。この位置では、レーザーは、MLはありませんでした。これらの条件下で、ルーチンは本当によく働きます。それは数分以内にMLを見つけました。この場合、速度は、ほとんどの商用Pとの間に必要な通信時間によって制限されますolarimeterや角度などのコンピュータが掃引されます。

自家製の偏光解析装置( 図10)を用いて測定した場合に、PSCの角度の関数としてのS 1の曲線は、市販の偏光( 図6)を用いて測定した曲線と異なっています。これは、両方の機器のx軸とy軸の軸が必ずしも一致しないという事実によるものです。しかし、MLに到達するS 1の急激な遷移が明確に両方の場合に見られます。実際には、S 1の動作は、商業的偏光で測定したS 2およびS 3は、MLに達したときに三つのパラメータが同一の不連続を受けなかったことを示しました。それはちょうどpolarizat前に偏光ビームスプリッタの向きの変化や、等価的に、マニュアルPSCの挿入ことを示唆していますイオン分析器は、遷移がより急激かつ検出することがより容易に助けることができます。実際には、これはここで何が起こったかを正確に、MLへの移行は、手動PSCは遷移がより明確に見えるように調整したので、自家製の偏光アナライザで参照することが容易です。自動化プロシージャーは、その後、達成することは容易です。

自家製の偏光解析装置と自動化は本当によく働きます。 MLは、数分以内に発見されました。フォトダイオード電圧の測定値は、市販の偏光の測定値よりも高速であるため、実際には、自家製の偏光アナライザは、優れたパフォーマンスを発揮します。

図1
図1:ML、非線形偏光回転に基づく信号は、第1の直線偏光子によって偏光され、その後、第によって楕円偏光状態に変換さ電子PSC。レーザーキャビティ内の繊維のカー非線形性、偏光楕円は、信号の電力に比例し、その主軸の回転を受けます。末尾の偏光板は、偏光の垂直成分のみを透過するので、PSCの角度が正しく調整されている場合は、送信信号の電力に依存し、ノイズからのパルスの形成に有利に働く可能性があります。 大きく表示するには、こちらをクリックしてください。この図のバージョン。

図2
図2:偏光解析装置の位置が与えられた平均電力のために、パルスは、連続波(CW)信号よりも大きなピーク電力を持つことになり、より大きな非線形偏光回転を受けることになります。ただ、偏光子の前にアナライザを配置することにより、間の識別偏光状態は、キャビティ内のパルスの存在を検出することができるようになります。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図3
図3:ファイバレーザリング共振器レーザーは、コンピュータインタフェースを介してシングルモード光ファイバ(青)を含むリング共振器、利得ファイバ(緑)、アイソレータ、偏光子、PSCは調節可能でなければなりません。出力カプラは、単に偏光板の前に配置する必要があります。最終的に、出力信号の1%は、信号の偏光状態を監視するためにタップと、出力信号の99%が使用可能なままです。偏光アナライザは、電気ケーブル(黒)を介して電動PSC(明るい赤)の角度を調整し、コンピュータでプログラム制御ループにフィードバックを提供します。PS://www.jove.com/files/ftp_upload/53679/53679fig3large.jpg "ターゲット=" _空白 ">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図4
図4:電動ファイバスクイーザのPSC PSCの複屈折は、左側のネジの圧力によって固定されています。 PSCの角度は右側にある電子制御モーターで調整されています。電気ケーブルは、コンピュータのインターフェイスにシステムを接続している。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図5
図5:光スペクトラムアナライザでMLを検出する光スペクトル上で観測レーザーの様々な体制左側のアナライザ、途中で高速フォトダイオード上と右の自己相関について(該当する場合):準CWで複数の波長(青)、QスイッチCW(緑)、ML(赤)。 ML領域におけるスペクトルは、他のものよりもはるかに広く、そのdechirped自己相関トレースは、156フェムト秒のFWHMと比較的狭い台座を持つ単一のピークを示す。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図6
図6:PSC角度とML領域の関数としてストークスパラメータの値は、青色の曲線は、典型的なケースのために0.2秒の間隔で撮影した5回の測定にわたる各ストークスパラメータの平均値です。エラーバーは測定値の標準偏差を表し、安定性を実証します与えられたPSC角用レーザー。 PSCの角度が変化するように、ストークスパラメータの値は、MLが(図の赤い領域)に達した場合を除いて連続的に変化します。このような状況では、それらの値はMLを検出するために使用することができ、急激な変化を受けています。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図7
図7:自動MLを取得するためにPSCを整列させるためのルーチンこのフローチャートは、MLを取得するために、偏光状態コントローラ(PSC)の位置合わせを自動化するために使用される単純なルーチンを示している。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

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8:S 1を 測定自家製偏光アナライザ自由空間偏光ビームスプリッタは、信号のx軸とy偏光成分を分割します。これらのコンポーネントは、最初のストークスパラメータS 1 =を計算することができ、2つのフォトダイオードしたがって、各偏光のパワーP xおよびP y測定するに別々に送信されます。(P X - Pの Y)/(P X + P yこちらをクリックしてくださいこの図の拡大版を表示します。

図9
図9:トランス各フォトダイオード用-impedance増幅回路のInGaAsフォトダイオードは、1,550 nmのシグナルを検出します。これは、オペアンプ、抵抗及びコンデンサに接続されています。コンデンサの役割は、回路自体からの電気振動を得ることのリスクを低減する回路の帯域幅を低減することです。平均値は、それからの読み取りと商用光パワーメータとキャリブレーションを介して光の平均電力に変換されるように、電圧値は、オシロスコープによって平均化されます。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図10
図10:自家製の偏光解析装置を用いて、PSC角度の関数としての第1のストークスパラメータの値 Sの挙動図1は、レーザは、典型的なケースのためのMLに到達する角度で、典型的な突然の遷移を示しています。これは、商業的な偏光で見られた。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

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Discussion

出力偏光測定値に基づいてフィードバックループを使用して、NPRファイバリングレーザのMLを自動化することが可能であることが示されています。このタスクを実現するためには、キャビティ内の調整可能なPSCを挿入することが重要です。空洞の出力カプラは、CW信号とパルス信号( 図2)の偏光状態の違いを見るためにだけ、偏光子の前に配置する必要があります。 MLを見つけることができるように、PSCの複屈折は、事前に調整されなければならないとポンプパワーは、キャビティ内の単一パルスを取得し、発生する可能性があります競合する体制の数を最小限にするために、単一パルスのMLの近くにしきい値を設定する必要があります。 ML政権は、特定の方向の角度は、実験中に常に同じであった掃引することにより、自動的に見つかった理由を説明します。 MLを検出するための出力で測定されたパラメータは、S 1です。このパラメータは、キャビティ内のPSCの角度は、SWであるように連続的に変化しますEPT。これに対する唯一の例外は、MLに到達したとき、S 1の値は、次に不連続を受けています。小さな角度増分を作成する可能性がここでは重要です。大規模な増分が使用されている場合、それは突然のジャンプと「正常な」変化を区別することが困難になる可能性があります。 MLにつながる角度の小さな範囲もそれに気付かずステップオーバーする可能性があります。小さな増分は、システムがMLの範囲内の任意の場所に落ちるが、常にパルスが常に同じ光学スペクトルを有し、この領域のエッジを検出していないため、ML状態は常に同じであることを保証します。これは、手順の再現性および生成されるパルスのパラメータを保証する唯一の明白な方法です。

上記の臨界点が考慮されていると仮定すると、S 1の値を提供する自家製偏光解析装置を構築しての検出および自動化を可能にすることが可能ですML。ここで提案セットアップは2つのフォトダイオードとの組み合わせで自由空間の偏光ビームスプリッタキューブで構成されていました。代替的には、ファイバベースの偏光ビームスプリッタを使用することです。いいえアライメントが必要とされないであろうと、それはすべての繊維の設定になります。オシロスコープがGPIBポートを介して簡単に通信するために、フォトダイオードの電圧を取得するために使用されたことにも注意してください。 USBの電圧計や自家製の電子回路の使用は、装置のコストを削減することができます。

ここで紹介する技術はNPRのファイバモード同期レーザのために働くことを意図しています。それを適用するためには、MLを得ることができるように事前に調整した比較的安定したキャビティ設計で動作する必要があります。単一のパラメータがMLを検索するように変更されるという事実は、技術の一般性を制限します。空洞はファイバの複屈折を導入する、例えば、によって乱された場合、摂動が小さい場合、システムは、MLを補償し、見つけることができるようになります。 However、PSCは、その複屈折が7固定されているため、空洞の複屈折の大規模な変更を補償することはできません。その意味で、この技術は、Hellwigさん提示されている1つのような一般的と見なすことはできない。3。例えばAndral 6で説明したようにまた、ユニークなPSC角の制御と組み合わせて、ここで使用される出力のS 1の簡単な特徴付けは、レーザの発光のすべての可能な制度の探査を許可していません。また、ここで提示ML検出技術は、ノイズのようなパルス11、コヒーレントMLパルスとマルチパルスレジームを区別することができません。空洞繊維の事前調整、ポンプパワーとPSCの複屈折は、このように慎重に、単一のコヒーレントMLパルスはノイズのようなパルスまたは複数のパルスレジームの代わりに形成されることを保証するために行われなければなりません。

で述べたように導入は、他のML機構が存在し、それらのいくつかは、位置合わせを必要としません。彼らはすべてのいくつかの長所と短所を持っています。 MLの非線形ループミラーに基づく14は、空洞内のファイバの余分な長さを必要とし、高繰返し率レーザー15には適していない可能性があります。可飽和吸収体に基づいてMLは16ミラーカスタムのデザインは、パワーと検討中のレーザのスペクトル特性のための適切な反映が必要です。 NPR ML機構は、その単純性、有効性および低コストの実装の最も広く使用されているままです。

それは今MLが発生を確認するためにユーザの介入を必要とせずに商用システムで使用することができるので、その位置合わせの自動化は、NPRにさらに興味深いオプションになります。その位置合わせを自動化するための技術がここに提示通常の状態でMLを取得するのに十分であると実装が簡単です。これは、いくつかの低コストの部品と高価なINSTRを必要としますこのような光スペクトルアナライザまたはRFスペクトルアナライザとしてuments。キャビティ設計は、出力偏光の測定に依存しているので、変更する必要はありません。実際には、出力の一部のみを監視するためにタップされ、残りの部分は、継続的なアプリケーションのために使用することができます。

言い換えれば、レーザは、アライメント手順を続行する切断する必要はありません。次に、必要な平均電力を1%監視タップが十分であるほど小さいです。これは、効率的に監視するためのかなり大きな部分を必要とするこのような第二-harmonic世代または二光子吸収などの非線形処理に基づいて、ML検出技術とは対照的です。この技術は、測定されるべき最初のストークスパラメータS 1を必要とするので、最終的に、そこに偏光状態の完全な特徴付けのための必要はなく、これは、システムはるかに簡単で安価なレンダリング設計と構築。

この技術は、市販のファイバレーザ用に適していると、心の中でその目標に、その性能を向上させるためにさらに開発することができます。これは、異なる波長でファイバレーザに適用することも興味深いだろう。ここでは、エルビウムドープファイバレーザに使用されるが、必要なすべての機器が容易に利用可能であるので、それは、イッテルビウムドープファイバレーザに容易に転送可能であるしました。これは、非従来型の波長で動作するレーザーのより困難になるかもしれないが、それは確かに可能です。より多くのテストは、ソリトンレーザー延伸パルスレーザー、similaritonレーザーと散逸ソリトンレーザーとして異なる分散体制への適用性を検証するために必要とされます。

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Disclosures

著者らは、開示することは何もありません。

Acknowledgements

著者は、電子機器に関する貴重な助けのためにクリスチャンオリビエとフィリップ・クレティアンに感謝したいと思い、電動式偏光コントローラとサポートのためのギガコンセプトInc.のエリックジラール、教授レアルヴァレ多くの実りある議論のための商業用偏光と教授ミシェル・ピシェのローンのために。

ネイチャーら技術(FRQNT)、カナダの自然科学と工学研究評議会(NSERC)とカナダサマージョブ - この作品は、フォンデRECHERCHEケベックによってサポートされていました。

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.

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References

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