Двойное лучепреломление

15 декабря 2022 г.

от Сверхбыстрой науки

За последние десятилетия исследователи продемонстрировали обычные солитоны, растянутые импульсы, самоподобные импульсы и диссипативные солитоны, управляя дисперсией и нелинейностью волоконных лазеров. Однако новые типы устойчивых импульсов были менее обнаружены в волоконных лазерах с синхронизацией мод, поскольку в ~ 2000-х годах появились сообщения о диссипативных солитонах. С другой стороны, в прошлом солитоны без чирпа достигались только с помощью волоконных лазеров с аномальной дисперсией, а энергия одиночного импульса ограничивалась относительно жесткими границами.

Недавно совместная исследовательская группа под руководством профессоров Дун Мао и Цзяньлинь Чжао из Северо-Западного политехнического университета вместе с профессором Чжипеем Сунь из Университета Аалто предложила новый класс импульсов без чирпа в волоконных лазерах, легированных эрбием, с чистой нормальной дисперсией. . Эффект фазового синхронизма, связанный с двойным лучепреломлением, доминирует в формировании солитона без чирпа, и поэтому его называют солитоном, управляемым двойным лучепреломлением.

Управляемая синхронизация гармонических мод от порядка 5 до порядка 85 может быть достигнута при том же уровне накачки ~ 10 мВт, при этом энергия солитона полностью настраивается более чем в десять раз, что указывает на новый закон энергии, связанный с двулучепреломлением, который по своей сути отличается от энергетической теоремы обычные солитоны.

Для волоконного лазера с нормальной дисперсией, содержащего участок волокна, сохраняющего поляризацию, связь мод между двумя компонентами с ортогональной поляризацией происходит, когда импульс распространяется от одномодового волокна к волокну, сохраняющему поляризацию. Работа лазера в основном зависит от состояния поляризации импульса в одномодовом волокне.

Когда θ (т. е. угол между y-поляризованным компонентом и быстрой осью PMF) равен ~ 0 или ~ π/2, лазер излучает диссипативные солитоны, в то время как солитон, управляемый двойным лучепреломлением, может быть реализован, когда θ варьируется в пределах ~ π/10. и ~2π/5. По сравнению с диссипативными солитонами, солитоны, управляемые двулучепреломлением, обладают меньшей длительностью импульса, шириной полосы и энергией импульса, а также порогом самозапуска и способны объединяться в гармонические состояния синхронизации мод высокого порядка.

Благодаря однократной спектроскопии и электрически настраиваемому контроллеру поляризации переход между диссипативным солитоном и солитоном, управляемым двойным лучепреломлением, можно визуализировать в реальном времени. Для обоих переходных процессов наблюдаются вырождение солитонов, релаксационные колебания и регенерация солитонов. Эти результаты дополнительно подтверждают, что солитон, управляемый двойным лучепреломлением, реализуется в области нормальной дисперсии.

Численное моделирование, основанное на связанных уравнениях Гинзбурга-Ландау, хорошо воспроизводит экспериментальные наблюдения, подтверждая, что помимо эффектов хроматической дисперсии, нелинейности и насыщающегося поглощения, двойное лучепреломление можно использовать для управления энергией и поведением распространения импульса, что может открыть новые исследования. направления в полях оптических солитонов и сверхбыстрых волоконных лазеров.

Эта работа открывает путь к прямой генерации солитонов без чирпа в резонаторах с нормальной дисперсией без внешнего сжатия. Такой гибкий волоконный лазер способен создавать перестраиваемые солитоны с гармонической синхронизацией мод высокого порядка при относительно низкой мощности накачки, что открывает многообещающий путь для реализации источников импульсов с высокой частотой повторения, работающих с низким энергопотреблением для оптической связи и зондирования.

Статья опубликована в журнале Ultrafast Science.

Больше информации: Донг Мао и др., Волоконный лазер с нормальной дисперсией, управляемый двулучепреломлением, обеспечивающий перестраиваемые по энергии солитоны без чирпа, Ultrafast Science (2022). DOI: 10.34133/2022/9760631.

Предоставлено Ultrafast Science