Полный С

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3623 (2023) Цитировать эту статью

652 доступа

Подробности о метриках

Мы демонстрируем полностью перестраиваемый по длине волны волоконный лазер с синхронизацией мод C-диапазона с частотой повторения 250 МГц, что, насколько нам известно, представляет собой самую высокую частоту повторения среди перестраиваемых лазеров с синхронизацией мод C-диапазона. Волоконный резонатор Фабри – Перо, сохраняющий поляризацию, обеспечивает фундаментальную частоту повторения 250 МГц с полупроводниковым насыщающимся поглотительным зеркалом в качестве синхронизатора мод. Мы наблюдали стабильное односолитонное состояние синхронизации мод с широкой перестройкой центральной длины волны от 1505 до 1561 нм путем регулировки угла падения полосового фильтра внутри резонатора. Ожидается, что перестраиваемый по длине волны лазер с синхронизацией мод с высокой частотой повторения, охватывающий весь C-диапазон, станет привлекательным источником для многих приложений на основе гребенки частот, включая высокоточную оптическую метрологию, широкополосную абсорбционную спектроскопию и широкополосную оптическую частоту. синтезаторы.

Лазеры с синхронизацией мод с высокой частотой повторения, благодаря своим уникальным характеристикам сверхкороткого импульса, высокой пиковой мощности и широкому спектру, сыграли ключевую роль во многих приложениях, включая генерацию гребенки частот1, дистанционную передачу времени и синхронизацию2, широкополосную спектроскопию3 , генерация микроволнового излучения4, метрология длины5,6,7,8, метрология поверхности9 и наблюдения сверхбыстрых явлений10. В частности, волоконные лазеры с синхронизацией мод широко используются в качестве практического инструмента благодаря их надежности, компактности и низкой стоимости11.

Для создания лазера с синхронизацией мод с высокой частотой повторения распространенными методами являются гармоническая синхронизация мод и сокращение длины резонатора. В первом методе обеспечение стабильной работы гармонической синхронизации мод связано со многими техническими проблемами, связанными с шумом супермоды, такими как низкое отношение сигнал/шум и ухудшение джиттера синхронизации импульса12. В отличие от гармонической синхронизации мод, увеличение основной частоты повторения при одновременном сокращении длины резонатора может стабильно генерировать ультракороткие импульсы с лучшей спектральной чистотой и временным джиттером13. Что касается волоконных лазеров, то они обычно проектируются с резонатором Фабри-Перо, поскольку некоторые компоненты могут быть размещены вне резонатора14.

Синхронизация мод обычно реализуется с помощью нелинейной эволюции поляризации (NPE)15 и реального насыщающегося поглотителя (SA)16. Метод NPE имеет преимущества в отношении характеристик импульсов, таких как генерация сверхкоротких импульсов и широкий спектр. Однако работа «под ключ» вряд ли работает для лазеров с синхронизацией мод на основе NPE. В отличие от метода НФЭ, СА, основанные на насыщающихся поглощающих материалах и продемонстрированные на полупроводниках17, углеродных нанотрубках18, графене19 и 2D-материалах20, предлагают преимущества работы «под ключ» и самосинхронизации мод. SA подходят для лазеров с синхронизацией мод с высокой частотой повторения, поскольку им требуется лишь небольшая площадь резонатора. Лазеры с синхронизацией мод на основе SA обычно работают в солитонном импульсном режиме, где результирующая дисперсия резонатора и фазовая автомодуляция хорошо сбалансированы21. Однако по сравнению с лазерами с синхронизацией мод на основе NPE, лазеры с синхронизацией мод на основе SA имеют более широкую ширину импульса и более узкую спектральную полосу пропускания. Обычно лазеры с синхронизацией мод на основе SA имеют длительность импульса в несколько сотен фемтосекунд и спектральную ширину в несколько нанометров в C-диапазоне22. Для генерации широкополосного оптического спектра и сверхкоротких импульсов в качестве распространенного метода используется нелинейное спектральное уширение на основе оптоволокна с усилением мощности. Вместо сложного и обременительного метода нелинейного расширения спектра, настройка центральной длины волны лазера с синхронизацией мод является одной из возможных альтернатив для покрытия широкого спектрального диапазона с помощью простого подхода.

На рисунке 1 представлен обзор результатов перестраиваемого волоконного лазера с синхронизацией мод C-диапазона с точки зрения диапазона настройки центральной длины волны и частоты повторения импульсов в логарифмическом масштабе18,23,24,25,26,27,28,29,30 ,31,32,33,34,35. Волоконные лазеры с перестраиваемой длиной волны и синхронизацией мод, работающие в C-диапазоне, были продемонстрированы с различными способами настройки центральной длины волны, включая перестраиваемый объемный фильтр18,23,26,35, эффект двойного лучепреломления собственного резонатора24,29,33,34, выдвижная решетка25, наклоненная на 45° волоконная решетка27,31, супермодовый интерференционный эффект28 и решетка с настроечной апертурой30,32. До сих пор перестраиваемые лазеры с синхронизацией мод C-диапазона были продемонстрированы только при частотах повторения ниже диапазона десятков МГц, в то время как перестраиваемый диапазон центральной длины волны уже охватывает весь C-диапазон. Эти типы лазеров с синхронизацией мод с низкой частотой повторения подходят для лазерной обработки и усиления высокой мощности, но их частота повторения все еще слишком низка для большинства приложений оптической метрологии на основе гребенки частот13,36.