Thiết kế đường dẫn quang học của laser xung hình chữ nhật

Thiết kế đường dẫn quang học hình chữ nhậttia laser xung

Tổng quan về thiết kế đường dẫn quang học

Laser sợi quang cộng hưởng soliton tiêu tán bước sóng kép thụ động khóa chế độ dựa trên cấu trúc gương vòng sợi phi tuyến tính.

2. Mô tả đường dẫn quang học

Soliton cộng hưởng tiêu tán bước sóng kép pha tạp thuliumlaser sợi quangáp dụng thiết kế cấu trúc khoang hình chữ “8” (Hình 1).

Phần bên trái là vòng lặp đơn hướng chính, trong khi phần bên phải là cấu trúc gương vòng sợi quang phi tuyến tính. Vòng lặp đơn hướng bên trái bao gồm một bộ chia bó, một sợi quang pha tạp thulium 2,7m (SM-TDF-10P130-HE) và một bộ ghép sợi quang băng tần 2 μm với hệ số ghép là 90:10. Một bộ cách ly phụ thuộc phân cực (PDI), hai bộ điều khiển phân cực (bộ điều khiển phân cực: PC), một sợi quang duy trì phân cực 0,41m (PMF). Cấu trúc gương vòng sợi quang phi tuyến tính ở bên phải đạt được bằng cách ghép ánh sáng từ vòng lặp đơn hướng bên trái tới gương vòng sợi quang phi tuyến tính ở bên phải thông qua bộ ghép quang có cấu trúc 2×2 với hệ số 90:10. Cấu trúc gương vòng sợi quang phi tuyến tính ở bên phải bao gồm một sợi quang dài 75 mét (SMF-28e) và một bộ điều khiển phân cực. Một sợi quang đơn mode dài 75 mét được sử dụng để tăng cường hiệu ứng phi tuyến tính. Ở đây, một bộ ghép sợi quang 90:10 được sử dụng để tăng độ lệch pha phi tuyến tính giữa sự lan truyền theo chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ. Tổng chiều dài của cấu trúc bước sóng kép này là 89,5 mét. Trong thiết lập thử nghiệm này, ánh sáng bơm trước tiên đi qua một bộ kết hợp chùm tia để đến sợi quang pha tạp thulium trong môi trường khuếch đại. Sau sợi quang pha tạp thulium, một bộ ghép 90:10 được kết nối để tuần hoàn 90% năng lượng bên trong khoang và gửi 10% năng lượng ra khỏi khoang. Đồng thời, một bộ lọc Lyot lưỡng chiết bao gồm một sợi quang duy trì phân cực nằm giữa hai bộ điều khiển phân cực và một bộ phân cực, đóng vai trò lọc các bước sóng quang phổ.

3. Kiến thức nền tảng

Hiện nay, có hai phương pháp cơ bản để tăng năng lượng xung của laser xung. Một là giảm trực tiếp các hiệu ứng phi tuyến tính, bao gồm việc giảm công suất đỉnh của xung thông qua nhiều phương pháp khác nhau, chẳng hạn như sử dụng quản lý tán sắc cho các xung kéo dài, bộ dao động chirped khổng lồ và laser xung tách chùm, v.v. Một phương pháp khác là tìm kiếm các cơ chế mới có thể chịu được sự tích lũy pha phi tuyến tính hơn, chẳng hạn như tự đồng dạng và xung chữ nhật. Phương pháp được đề cập ở trên có thể khuếch đại thành công năng lượng xung củatia laser xungđến hàng chục nanojoule. Cộng hưởng soliton tiêu tán (Cộng hưởng soliton tiêu tán: DSR) là một cơ chế hình thành xung hình chữ nhật được N. Akhmediev và cộng sự đề xuất lần đầu tiên vào năm 2008. Đặc điểm của xung cộng hưởng soliton tiêu tán là, trong khi giữ biên độ không đổi, độ rộng xung và năng lượng của xung hình chữ nhật không tách sóng tăng đơn điệu khi công suất bơm tăng. Điều này, ở một mức độ nào đó, phá vỡ giới hạn của lý thuyết soliton truyền thống về năng lượng xung đơn. Cộng hưởng soliton tiêu tán có thể đạt được bằng cách xây dựng sự hấp thụ bão hòa và hấp thụ bão hòa ngược, chẳng hạn như hiệu ứng quay phân cực phi tuyến tính (NPR) và hiệu ứng gương vòng sợi phi tuyến tính (NOLM). Hầu hết các báo cáo về việc tạo ra xung cộng hưởng soliton tiêu tán đều dựa trên hai cơ chế khóa chế độ này.