НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o333.pdf (1226.21Кб)

УДК 681.7.068; 535

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

Во многих применениях фемтосекундной техники необходимо получить стабильную генерацию ультракоротких импульсов. Так, в терагерцовой импульсной спектроскопии погрешность измерения показателя преломления сильно зависит от стабильности длительности ультракоротких импульсов, допустимый разброс которой составляет единицы фемтосекунд. Целью данной работы является изучение стабильности режимов генерации ультракоротких импульсов (УКИ) в фемтосекундном полностью волоконном кольцевом эрбиевом лазере с синхронизацией мод, реализованной с помощью механизма нелинейной эволюции поляризации. Исследования проводились при различных значениях суммарной внутрирезонаторной дисперсии лазера. Было исследовано три схемы лазера со значениями дисперсии от -1,232 пс2 до +0,008 пс2. В эксперименте наблюдалось два режима генерации: режим генерации растянутых импульсов и режим генерации солитонов. Основное внимание было уделено стабильности исследованных режимов. Наиболее стабильным оказался режим генерации растянутого импульса с формой спектра вида sech2, с минимально возможной длительностью импульса равной  710 фс, частотой повторения  -  2,9 МГц и средней выходной мощностью  -  17 мВт. Полученные режимы генерации обладают характеристиками пригодными для успешного использования источника в ТГц-импульсной спектроскопии. Полученные результаты могут быть полезными в следующих областях науки и техники: в прецизионной спектроскопии, в оптических стандартах частоты, в генерации суперконтинуума и в терагерцовой импульсной спектроскопии. В будущем планируется разработка системы стабилизации длительности и частоты повторения полученного режима генерации ультракоротких импульсов.

1. Lee Y.-S. Principles of Terahertz Science and Technology. Springer US, 2009. 352 p.DOI:10.1007/978-0-387-09540-0
2. Zaytsev K.I., Gavdush A.A., Karasik V.E., Alekhnovich V.I., Nosov P.A., Lazarev V.A., Reshetov I.V., Yurchenko S.O. Accuracy of Sample Material Parameters Reconstruction with Terahertz Pulsed Spectroscopy // Journal of Applied Physics. 2014. Vol. 115, iss. 19. Art. no. 193105. DOI:10.1063/1.4876324
3. Tsapenko K.P., Lazarev V.A., Leonov S.O., Pnev A.B. Terahertz frequency standard // Journal of Physics: Conference Series. 2014. Vol. 486, no. 1. Art. no. 012006. DOI: 10.1088/1742-6596/486/1/012006
4. Hargrove L.E., Fork R.L., Pollack M.A. Locking of H e–Ne laser modes induced by synchronous intrac a vity modul a tion // Applied Physics Letters. 1964. Vol . 5, no. 1. P. 4-5. DOI:10.1063/1.1754025
5. Mocker H.W., Collins R.J. Mode competition and self-locking effects in a Q-switched ruby laser // Applied Physics Letters. 1965. Vol. 7, no. 10. P. 270–273. DOI:10.1063/1.1754253
6. DeMaria A.J., Stetser D.A., Heynau H. Self mode-locking of lasers with saturable absorbers // Applied Physics Letters. 1966. V ol. 8, no. 7. P . 174-176. DOI:10.1063/1.1754541
7. Keller U., Miller D.A.B., Boyd G.D., Chiu T.H., Ferguson J.F., Asom M.T. Solid-state low-loss intracavity saturable absorber for Nd:YLF lasers: an antiresonant semiconductor Fabry–Perot saturable absorber // Optics Letters. 1992. V ol. 17, no. 7. P . 505–507. DOI:10.1364/OL.17.000505
8. Nakazawa M., Suzuki K., Kubota H., Kimura Y. Self-Q-switching and mode locking in a 1.53-m fiber ring laser with saturable absorption in erbium-doped fiber at 4.2 K // Optics Letters. 1993. Vol . 18, no. 8. P. 613-615. DOI:10.1364/OL.18.000613
9. Set S.Y., Yaguchi H., Tanaka Y., Jablonski M. Laser Mode Locking Using a Saturable Absorber Incorporating Carbon Nanotubes // Journal of Lightwave Technology. 2004. Vol. 22, no. 1. P. 51-56. DOI:10.1109/JLT.2003.822205
10. Yamashita S., Inoue Y., Maruyama S., Murakami Y., Yaguchi H., Jablonski M., Set S.Y. Saturable absorbers incorporating carbon nanotubes directlysynthesized onto substrates and fibersand their application to mode-locked fiber lasers // Optics Letters. 2004. Vol . 29, no. 14. P. 1581–1583. DOI:10.1364/OL.29.001581
11. Lazarev V.A., Sazonkin S.S., Pniov A.B., Tsapenko K.P., Krylov A.A., Obraztsova E.D. Hybrid mode-locked ultrashort-pulse erbium-doped fiber laser // Journal of Physics: Conference Series. 2014. Vol. 486, no. 1. Art. no. 012004.
12. Zhenhua Yu, Yonggang Wang, Xiao Zhang, Xinzheng Dong, Jinrong Tian, Yanrong Song. A 66 fs highly stable single wall carbon nanotube mode locked fiber laser // Laser Physics. 2014. Vol. 24, no. 1. Art. no. 015105. DOI:10.1088/1054-660X/24/1/015105
13. Hofer M., Fermann M.E., Haberl F., Ober M.H., Schmidt A.J. Mode locking with cross-phase and self-phase modulation // Optics Letters. 1991. Vol. 16, no. 7. P. 502-504. DOI:10.1364/OL.16.000502
14. Tamura K., Haus H.A., Ippen E.P. Self-starting additive pulse mode-locked erbium fibre ring laser // Electronics Letters. 1992. Vol . 28, no. 24. P . 2226-2228. DOI:10.1049/el:19921430
15. Fermann M.E., Haberl F., Hofer M., Hochreiter H. Nonlinear amplifying loop mirror // Optics Letters. 1990. Vol . 15, no. 13. P. 752-754. DOI:10.1364/OL.15.000752
16. Duling Irl N. All-fiber ring soliton laser mode locked with a nonlinear mirror // Optics Letters. 1991. Vol. 16, no. 8. P. 539-541. DOI:10.1364/OL.16.000539
17. Richardson D.J., Laming R.I., Payne D.N., Phillips M.W. 320 fs soliton generation with passively mode-locked erbium fibre laser // Electronics Letters. 1991. Vol. 27, no. 9. P. 730–732. DOI:10.1049/el:19910454
18. Doran N.J., Wood D. Nonlinear-optical loop mirror // Optics Letters. 1988. Vol. 13, no.1. P. 56-58. DOI:10.1364/OL.13.000056
19. Oh Wang-Yuhl, Kim B.Y., Lee Hai-Woong. Passive mode locking of a neodymium-doped fiber laser with a nonlinear optical loop mirror // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1996. Vol. 32, no. 2. P. 333-339. DOI:10.1109/3.481881
20. Ding Ma, Yue Cai, Chun Zhou, Weijian Zong, Lingling Chen, Zhigang Zhang. 37.4 fs pulse generation in an Er:fiber laser at a 225 MHz repetition rate // Optics Letters. 2010. Vol. 35, no. 17. P. 2858–2860. DOI:10.1364/OL.35.002858
21. Таусенев А.В., Крюков П.Г. Непрерывный фемтосекундный лазер на Er: волокне с диодной накачкой посредством рамановского конвертера // Квантовая электроника. 2004. Т. 34, № 2. С . 106-110.
22. Таусенев А.В., Крюков П.Г., Бубнов М.М., Лихачёв М.Е., Романова Е.Ю., Яшков М.В., Хопин В.Ф., Салганский М.Ю. Эффективный источник фемтосекундных импульсов и его использование для генерации широкополосного суперконтинуума // Квантовая электроника. 2005. Т. 35, № 7. С. 581-585 .
23. Kelly S.M. Characteristic sideband instability of periodically amplified average soliton // Electronics Letters. 1992. Vol. 28, no. 8. P. 806-807. DOI:10.1049/el:19920508
24. Nelson L.E., Jones D.J., Tamura K., Haus H.A., Ippen E.P. Ultrashort-pulse fiber ring lasers // Applied Physics B. 1997. Vol. 65, iss. 2. P. 277-294.
25. Крюков П.Г. Лазеры ультракоротких импульсов // Квантовая электроника. 2001. Т . 31, № 2. С . 95-119 .
26. Krylov A.A., Chernysheva M.A., Chernykh D.S., Tupitsyn I.M. A high power MOPA-laser based on a mode-locked thulium-doped fiber oscillator with intracavity dispersion management // Laser Physics. 2013. Vol. 23, no. 4. Art. no. 045108. DOI: 10.1088/1054-660X/23/4/045108
27. Ultrafast Lasers: Technology and Applications / ed. by M.E. Fermann, A. Galvanauskas, G. Sucha. CRC Press, 2002. 800 p.
28. Tang D.Y., Zhao L.M., Wu X., Zhang H. Soliton modulation instability in fiber lasers // Physical Review A. 2009. Vol. 80, no. 2. Art. no. 023806. DOI:10.1103/PhysRevA.80.023806
29. Prilepsky J.E., Derevyanko S.A., Turitsyn S.K. Conversion of a chirped Gaussian pulse to a soliton or a bound multisoliton state in quasi-lossless and lossy optical fiber spans // Journal of the Optical Society of America B. 2007. Vol. 24, no. 6. P. 1254-1261. DOI:10.1364/JOSAB.24.001254
30. Turitsyn S.K., Mezentsev V.K., Shapiro E.G. Dispersion-Managed Solitons and Optimization of the Dispersion Management // Optical Fiber Technology. 1998. Vol. 4, iss. 4. P. 384-452. DOI:10.1006/ofte.1998.0271
31. Agrawal G.P. Nonlinear Fiber Optics. 4^th ed. Boston: Academic Press, 2007. 529 p.
32. Bednyakova A.E., Babin S.A., Kharenko D.S., Podivilov E.V., Fedoruk M.P., Kalashnikov V.L., Apolonski A. Evolution of dissipative solitons in a fiber laser oscillator in the presence of strong Raman scattering // Optics Express . 2013. Vol. 21, iss. 18. P. 20556-20564. DOI:10.1364/OE.21.020556
33. Babin S.A., Podivilov E.V., Kharenko D.S., Bednyakova A.E., Fedoruk M.P., Kalashnikov V.L., Apolonski A. Multicolour nonlinearly bound chirped dissipative solitons // Nature Communications. 2014. Vol. 5. Art. no. 4653. DOI:10.1038/ncomms5653
34. Jianfeng Li, Zhijun Yan, Zhongyuan Sun, Hongyu Luo, Yulian He, Zhuo Li, Yong Liu, Lin Zhang. Thulium-doped all-fiber mode-locked laser based on NPR and 45°-tilted fiber grating // Optics Express. 2014. Vol. 22, iss. 25. P. 31020-31028. DOI:10.1364/OE.22.031020