Нелинейная спектральная перестройка импульсного волоконного лазера с полупроводниковым оптическим усилителем

Mar 07, 2024

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 13799 (2022 г.) Цитировать эту статью

1524 Доступа

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Исследуются спектральные свойства излучения импульсных волоконных лазеров с использованием полупроводникового оптического усилителя (ПОУ) в качестве усиливающей среды. Сложная динамика света, возникающая в результате взаимодействия эффектов распространения волокна в резонаторе, нелинейных эффектов в SOA и спектральной фильтрации, смещает генерируемое излучение от центральной длины волны фильтра. Результирующая длина волны выходного излучения зависит от мощности накачки ПОУ и ширины полосы внутрирезонаторного фильтра. Это дает возможность спектральной настройки генерируемых импульсов посредством нелинейной динамики вместо традиционного использования настраиваемого фильтра.

Свойства ряда современных лазеров определяются нетривиальной динамикой света, привносимой нелинейными эффектами в резонаторе. Нелинейность может быть как распределена вдоль резонатора (например, эффект Керра или нелинейное вращение поляризации в оптическом волокне), так и создаваться точечным действием каких-либо элементов (например, насыщающийся поглотитель или нелинейный усилитель с масштабом, малым по сравнению с длиной резонатора). ). Нелинейные эффекты, хотя и непростые в управлении, могут открыть богатые возможности для разработки множества новых лазерных источников1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11.

SOA — это хорошо зарекомендовавшее себя практическое оптическое устройство с многочисленными привлекательными свойствами, включая компактный размер, широкую полосу усиления и возможность прямой модуляции усиления путем управления током инжекции. SOA важны в широком спектре приложений, включая обработку оптических сигналов12, мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM), оптическое мультиплексирование с временным разделением (OTDM)13, переключение длин волн14, восстановление оптической тактовой частоты15,16, малошумящую оптическую выборку с высокой скоростью передачи данных17 и другие.

Более того, SOA также перспективна для применения за пределами традиционной оптической связи и полупроводниковых лазеров. Например, его можно использовать в качестве усиливающей среды в волоконных лазерах вместо активных волокон, легированных редкоземельными элементами. Насколько нам известно, первые публикации о лазерах на основе SOA начали появляться в конце 70-х годов18,19,20,21,22,23,24,25. Мацумото и Кумабе18 продемонстрировали кольцевые лазеры AlGaAs-GaAs с различными трехмерными волноводными структурами, включая коробчатый и круговой тип. В пионерских работах исследованы волоконно-оптические лазеры с композитным резонатором, полупроводниково-волоконные кольцевые лазеры, в том числе лазеры с синхронизацией мод19,20,21,22. Теория ширины линии полупроводниково-волоконного кольцевого лазера была разработана в 26 с использованием связанных скоростных уравнений для активного и пассивного резонатора. Лазеры с синхронизацией мод на основе SOA могут генерировать ультракороткие импульсы порядка сотен фемтосекунд27. Синхронизация мод была достигнута за счет внешнего оптического ввода данных без возврата к нулю. В волоконном лазере с кольцевым резонатором28 генерировались субпикосекундные оптические импульсы, при этом нелинейная эволюция поляризации в ПОА служила механизмом синхронизации мод. В работе29 представлен лазер с синхронизацией мод с кольцевым резонатором, генерирующий импульсы, которые можно сжать до 274 фс во внешнем компрессоре. Хеч и др. продемонстрировали возможность генерации импульсов длительностью до 300 фс на длине волны 1550 нм в полупроводниковом кольцевом лазере с синхронизацией мод30. Схема включает SOA и насыщающийся поглотитель на основе технологии InP/InGaAsP, а также пассивные компоненты, обеспечивающие частотную дисперсию. Нюшков и др. продемонстрировали волоконный лазер с синхронизацией мод посредством SOA-модуляции с импульсами инжекционного тока и контролируемой формой генерации световых импульсов31,32. Волоконные лазеры на основе SOA в форме восьмерки исследовались в работах33,34. В 34 было замечено, что частота повторения импульсов зависит от тока инжекции ПОУ практически линейно и может изменяться в широком диапазоне от 30 МГц до 12,02 ГГц. В работе 33 был продемонстрирован самозапускающийся лазер с пассивной гармонической синхронизацией мод, создающий последовательность импульсов с длительностью около половины рабочего цикла и частотой повторения 1,7 ГГц. Комбинация волоконного резонатора с ПОУ для генерации импульсного излучения также открывает интересную возможность создания систем, основанных на нелинейной динамике света.