Высокочастотная гармоническая синхронизация мод в волоконном кольцевом лазере со сдвигом частоты при помощи акустооптического модулятора

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Продемонстрирована возможность создания солитонного кольцевого лазера с гибридной гармонической синхронизацией мод, обеспечивающего генерацию мульти-ГГц импульсной последовательности в сочетании с высоким уровнем подавления межмодового шума и малым временным джиттером. Синхронизация мод осуществлена на основе эффекта внутрирезонаторного сдвига частоты. В основе разработки лежит предположение о том, что в определенных условиях акустооптический сдвиг частоты, дополненный спектральной фильтрацией, может приводить к стабилизации и повышению качества высокочастотной импульсной последовательности.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Павел Аркадьевич Итрин

Ульяновский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: itrin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7198-0646

младший научный сотрудник, аспирант, Лаборатория нелинейной и микроволновой фотоники НИТИ им. С. П. Капицы

Россия, Ульяновск

Дмитрий Игоревич Семенцов

Ульяновский государственный университет

Email: itrin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6760-0156

доктор физико-математических наук, профессор, Лаборатория нелинейной и микроволновой фотоники НИТИ им. С. П. Капицы

Россия, Ульяновск

Андрей Борисович Петров

ООО «Нордлэйз»

Email: a.petrov@nordlase.ru
ORCID iD: 0000-0001-9219-1040

кандидат технических наук, инженер

Россия, Санкт-Петербург

Михаил Сергеевич Козляков

ООО «Нордлэйз»

Email: m.kozliakov@nordlase.ru
ORCID iD: 0000-0003-2616-4532

инженер

Россия, Санкт-Петербург

Валерия Александровна Рибенек

Ульяновский государственный университет

Email: itrin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9233-5339

младший научный сотрудник, аспирант, лаборатория нелинейной и микроволновой фотоники НИТИ им. С. П. Капицы

Россия, Ульяновск

Список литературы

  1. Haus H. A., & Wong W. S. Solitons in optical communications. Reviews of modern physics. 1996;68(2): 423.
  2. Schliesser A., Picqué N., Hänsch T. W. Mid-infrared frequency combs. Nature Photonics. 2012;6: 440–449.
  3. Fermann M. E., & Hartl I. Ultrafast fibre lasers. Nature photonics. 2013;7(11): 868.
  4. Chernysheva M., Rozhin A., Fedotov Y., Mou C., Arif R., Kobtsev S. M., & Turitsyn S. Carbon nanotubes for ultrafast fibre lasers. Nanophotonic. 2017;6(1): 1–30.
  5. Lecaplain C. & Grelu P. Multi-gigahertz repetition-rate-selectable passive harmonic mode locking of a fiber laser. Optics express. 2013;21(9):10897–10902.
  6. Trikshev A. I., Kamynin V. A., Tsvetkov V. B., & Itrin P. A. Passive harmonic mode-locking in an erbium-doped fibre laser. Quantum Electronics. 2018; 48(12):1109.
  7. Huang Q., Huang Z., Al Araimi M., Rozhin A. & Mou C. 2.4 GHz L-band passively harmonic mode locked Er-doped fiber laser based on carbon nanotubes film. IEEE Photonics Technology Letters. 2019.
  8. Sobon G., Sotor J., & Abramski K. M. Passive harmonic mode-locking in Er-doped fiber laser based on graphene saturable absorber with repetition rates scalable to 2.22 GHz. Applied Physics Letters. 2012; 100(16): 161109.
  9. Fodil R. S., Amrani F., Yang C., Kellou A. & Grelu P. Adjustable high-repetition-rate pulse trains in a passively-mode-locked fiber laser. Physical Review A. 2016; 94(1): 013813.
  10. Mao D., Liu X., Sun Z., Lu H., Han D., Wang G. & Wang F. Flexible high-repetition-rate ultrafast fiber laser. Scientific reports. 2013;3:3223.
  11. Korobko D. A., Fotiadi A. A. & Zolotovskii I. O. Mode-locking evolution in ring fiber lasers with tunable repetition rate. Optics express. 2017; 25(18): 21180–21190.
  12. Grudinin A. B. & Gray S. Passive harmonic mode locking in soliton fiber lasers. JOSA B. 1997;14(1): 144–154.
  13. Liu X. & Pang M. Revealing the Buildup Dynamics of Harmonic Mode-Locking States in Ultrafast Lasers. Laser & Photonics Reviews. 2019;13(9), 1800333.
  14. Korobko D. A., Okhotnikov O. G., Zolotovskii I. O. Long-range soliton interactions through gain-absorption depletion and recovery. Optics letters. 2015; 40(12): 2862–2865.
  15. Semaan G., Komarov A., Salhi M. & Sanchez F. Study of a harmonic mode lock stability under external continuous-wave injection. Optics Communications. 2017; 387:65–69.
  16. Dianov E. M., Luchnikov A. V., Pilipetskii A. N., & Starodumov A. N. (1990). Electrostriction mechanism of soliton interaction in optical fibers. Optics letters. 1990; 15(6), 314–316.
  17. Gray S., Grudinin A. B., Loh W. H. & Payne D. N. Femtosecond harmonically mode-locked fiber laser with time jitter below 1 ps. Optics letters. 1995; 20(2):189–191.
  18. Noronen T., Okhotnikov O., & Gumenyuk R. Electronically tunable thulium-holmium mode-locked fiber laser for the 1700–1800 nm wavelength band. Optics express. 2016; 24(13): 14703–14708.
  19. Sousa J. M. & Okhotnikov O. G. Short pulse generation and control in Er-doped frequency-shifted-feedback fibre lasers. Optics communications. 2000;183(1–4): 227–241.
  20. Gumenyuk R., Korobko D. A., Zolotovsky I. O. & Okhotnikov O. G. Role of cavity dispersion on soliton grouping in a fiber lasers. Optics express.2014;22(2): 1896–1905.
  21. Gumenyuk R. V., Korobko D. A. & Zolotovskii I. O. Stabilization of passive harmonic mode locking in a fiber ring laser. Optics Letters. 2020; 45(1):184–187.
  22. Kotov L., Likhachev M., Bubnov M., Medvedkov O., Lipatov D., Guryanov A. & Février S. Millijoule pulse energy 100-nanosecond Er-doped fiber laser. Optics Letters. 2015; 40(7): 1189–1192.
  23. Korobko D. A., Stoliarov D., Itrin P., Odnoblyudov M. A., Petrov A. A. & Gumenyuk R. Harmonic mode-locking fiber ring laser with a pulse repetition rate up to 12 GHz. Optics and Laser Technology.2021;133: 106526.
  24. Korobko D. A., Stoliarov D., Itrin P., Ribenek V. A., Odnoblyudov M. A., Petrov A. & Gumenyuk R. Stabilization of a Harmonic Mode-Locking by Shifting the Carrier Frequency. Journal of Lightwave Technology. 2021;39(9): 2980–2987.
  25. Korobko D. A., Stoliarov D. A., Itrin P., Ribenek V. A., Fotiadi A. A. & Gumenyuk R. Stable harmonic mode locking in soliton fiber laser with frequency shift: theory and experiment. In Nonlinear Optics and Applications XII. 2021.
  26. Wabnitz S., Kodama Y. & Aceves A. B. Control of optical soliton interactions. Optical Fiber Technology. 1995;1(3):187–217.
  27. Tang D. Y., Zhao L. M., Zhao B., & Liu A. Q. Mechanism of multisoliton formation and soliton energy quantization in passively mode-locked fiber lasers. Physical Review A. 2005; 72(4): 043816.
  28. Kutz J. N., Collings B. C., Bergman K., Knox H. Stabilized pulse spacing in soliton lasers due to gain depletion and recovery. IEEE Journal of Quantum Electronics. 1998; 34 (9): 1749–1757.
  29. Stolyarov D. A., Korobko D. A., Zolotovskii I. O., & Sysolyatin A. A. A Laser Complex with a Central Wavelength of 1.55 μm for Generation of Pulses with Energy Exceeding 1 μJ and a Supercontinuum Spanning a Nearly Two-Octave Range. Optics and Spectroscopy. 2019;126(6): 638–644.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема волоконного лазера с гармонической синхронизацией мод. PC – контроллер поляризации, FS – акустооптический модулятор в режиме сдвига частоты, TBPF – перестраиваемый фильтр, OC – выходной ответвитель

Скачать (66KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Оптические спектры генерируемых импульсных последовательностей в зависимости от области пропускания перестраиваемого фильтра. Спектры показаны для указанных максимальных частот повторения, полученных в каждой области пропускания: 1 – 9 ГГц; 2 – 11 ГГц; 3 – 4,5 ГГц, 4 – 6,5 ГГц; 5 – 1,6 ГГц; 6 – 4,7 ГГц; 7 – 0,7 ГГц; 8 – 13 ГГц; 9 – 12 ГГц

Скачать (104KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Выходная мощность и частота следования импульсов в зависимости от мощности накачки при центральной длине волны пропускания фильтра λ0 = 1 533,7 нм

Скачать (98KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Оптические спектры импульсных последовательностей при различных частотах следования для центральных длин волн пропускания фильтра λ0 = 1532,7 нм и λ0 = 1533,7 нм

Скачать (126KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Характеристики радиочастотного спектра импульсных последовательностей, полученных при центральной длине волны пропускания фильтра λ0 = 1532,7 нм: a) РЧ-спектр последовательности с частотой следования 4.49 ГГц. Разрешение – 1 кГц; b) RF-спектр с разрешением 30 Гц

Скачать (115KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Изменение отношения сигнал/шум (красные треугольники) и уровня подавления межмодового шума (черные ромбы) при различных частотах следования

Скачать (82KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Осциллограммы (слева) и RF-спектры (справа) импульсных последовательностей с частотами следования 8,95 ГГц, 11,97 ГГц и 13,01 ГГц на центральной длине волны пропускания фильтра λ0 = 1529 нм, 1546,5 нм и 1545,5 нм (снизу вверх) соответственно

Скачать (174KB)
Метаданные

© Итрин П.А., Семенцов Д.И., Петров А.Б., Козляков М.С., Рибенек В.А., 2023