Thiết kế đường dẫn quang học của laser khóa chế độ 66 femto giây

Thiết kế đường dẫn quang học của bộ tạo xung 66 femto giâylaser khóa chế độ
Laser khóa pha 66 femto giây này là một laser sợi quang pha tạp ytterbium duy trì toàn bộ phân cực với khoang cộng hưởng tuyến tính và bộ dịch pha không đối xứng. Nó đạt được chế độ khóa pha tần số cơ bản 147 MHz. Bằng cách điều chỉnh khoảng cách giữa các cách tử, thu được độ rộng phổ 39,8 nm và độ rộng xung 66 fs sau khi nén ngoài. Ở công suất bơm cao, đạt được chế độ khóa pha hài bậc hai và bậc ba với tần số lặp lại lần lượt là 294,1 MHz và 442,3 MHz.

Mô tả đường đi của quang học:
Bộ cộng hưởng bao gồm các phần quang học không gian ở hai bên và phần sợi quang duy trì phân cực ở giữa. Phần không gian bên trái bao gồm một gương phản xạ toàn phần (M1), một tấm sóng λ/8 (EWP) và một bộ quay Faraday (FR). Sự kết hợp của EWP và FR có thể được sử dụng như một bộ dịch pha không đối xứng, cung cấp độ lệch pha không đối xứng, do đó tăng cường khả năng tự khởi động. Phần sợi quang bao gồm một thiết bị tích hợp ghép kênh phân chia bước sóng – bộ chuẩn trực (WDM-Collimator) tùy chỉnh, một sợi quang duy trì phân cực pha tạp ytterbium dài 62 cm (Yb401-PM, CORACTIVE) và một bộ chuẩn trực sợi quang (Col). Sợi khuếch đại được kích thích bằng diode laser đơn mode 976 nm (LD) với công suất bơm tối đa 1,4 W. Phần không gian bên phải bao gồm một tấm bán sóng (HWP), một bộ tách chùm tia phân cực (PBS), một cặp cách tử (LightSmyth T-1000-1040-3212-94) và một gương phản xạ toàn phần (M2). Cặp cách tử truyền dẫn với mật độ đường kẻ 1000 đường/mm cung cấp khả năng bù tán sắc bên trong khoang cộng hưởng. Khoảng cách giữa hai cách tử có thể được điều chỉnh bằng một bộ phận điều chỉnh. Chiều dài không gian tự do từ bộ chuẩn trực đến hai gương phản xạ ở hai bên lần lượt là 5,5 cm và 6,5 cm.tia laserPhát ra các xung tín hiệu theo kiểu phân cực tuyến tính từ PBS.
Nguyên lý hoạt động:
Xung chuẩn hóa ban đầu được truyền qua vòng lặp bên trong khoang cộng hưởng bắt đầu từ PBS và được truyền đến M1. Ban đầu, HWP sẽ phân tách xung thành hai thành phần vuông góc, sau đó đi vào sợi quang bảo toàn phân cực và lan truyền dọc theo trục nhanh và trục chậm. Tỷ lệ cường độ của các xung dọc theo hai trục vuông góc được xác định bởi góc quay (θh) của HWP. Trong quá trình lan truyền trong sợi quang, do các hiệu ứng phi tuyến, cường độ không đối xứng của các xung phân cực vuông góc sẽ gây ra sự dịch pha phi tuyến liên quan đến cường độ. Gương cuối M1 cho phép các xung vuông góc đi qua bộ dịch pha hai lần và quay trở lại sợi quang bảo toàn phân cực. Các xung vuông góc thu được sự dịch pha không đối xứng π/2 và trao đổi trục quang lan truyền. Sự không khớp vận tốc nhóm giữa các xung phân cực vuông góc dẫn đến sự bù trừ hiệu ứng lệch. Cuối cùng, xung tích lũy các sự dịch pha phi tuyến khác nhau và trải qua hiện tượng giao thoa tại PBS. Với vai trò là bộ phân cực, PBS cho phép các xung có trạng thái phân cực thích hợp đi qua, trong khi phần còn lại bị phản xạ ra khỏi khoang. Quá trình này đóng vai trò như một bộ hấp thụ bão hòa nhân tạo trong khoang tuyến tính này.laser quang họcKhi khoảng cách giữa hai cách tử giảm xuống còn 3,2 mm, cạnh trái của phổ trở nên dốc hơn đáng kể. Lúc này, độ tán sắc tổng của khoang cộng hưởng là dương, và thu được năng lượng xung đơn tối đa là 3,57 nJ. Dấu vết tự tương quan của xung thu được bằng cách nén xung bên ngoài với độ rộng phổ lớn nhất là 39,8 nm được khớp với hàm Gaussian, có giá trị là 66 fs.