RU175891U1

RU175891U1 - High Frequency Ultra-Short Pulse Generator

Info

Publication number: RU175891U1
Application number: RU2017127878U
Authority: RU
Inventors: Игорь Олегович Золотовский; Виктор Анатольевич Лапин; Дмитрий Игоревич Семенцов; Андрей Александрович Фотиади
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2017-12-21

Abstract

Полезная модель относится к лазерной технике, в частности к волоконным лазерам.The utility model relates to laser technology, in particular to fiber lasers.

Данная полезная модель предлагает усовершенствование схемы генераторов ультракоротких лазерных импульсов, основанных на использовании эффекта модуляционной неустойчивости в неоднородных нелинейных волоконных световодах. Использование каскада из двух секций волокна - с постоянной по длине аномальной дисперсией групповых скоростей и волокна с дисперсией, убывающей по модулю вдоль волокна, позволяет добиться генерации последовательности импульсов с меньшей длительностью и более высокой пиковой мощностью по сравнению с односекционными световодами как с постоянной, так и с убывающей дисперсией. В результате, генерируемые каскадным волоконным световодом последовательности импульсов обладают более высокой пиковой мощностью и меньшей длительностью по сравнению с последовательностями импульсов, реализуемых генераторами на основе как однородных, так и неоднородных односекционных световодов, работающих в режиме вынужденной модуляционной неустойчивости.

This utility model offers an improvement in the design of ultrashort laser pulse generators based on the use of the modulation instability effect in inhomogeneous nonlinear optical fibers. The use of a cascade of two sections of fiber — with an anomalous dispersion of group velocities constant in length and a fiber with dispersion decreasing modulo along the fiber — makes it possible to generate a pulse sequence with a shorter duration and higher peak power compared to single-section fibers with both constant and with diminishing dispersion. As a result, pulse sequences generated by a cascade fiber have a higher peak power and shorter duration than pulse sequences realized by generators based on both homogeneous and inhomogeneous single-section optical fibers operating in the forced modulation instability mode.

Description

Полезная модель относится к лазерной технике, в частности к волоконным генераторам последовательностей ультракоротких солитоноподобных импульсов.The utility model relates to laser technology, in particular to fiber generators of sequences of ultrashort soliton-like pulses.

Одним из перспективных способов генерации ультракоротких импульсов c высокой частотой следования является использование эффекта модуляционной неустойчивости в одномодовых волоконных световодах с непрерывно убывающей по длине дисперсией групповых скоростей (ДГС) [US4741587, US4995690]. Данный эффект заключается в распаде модулированной волны в нелинейном световоде на последовательность ультракоротких импульсов, при котором частота следования генерируемых импульсов соответствует частоте модуляции исходной волны. При распространении излучения в однородном волокне процесс сжатия импульсов циклически сменяется дисперсионным уширением. Для неоднородных световодов с аномальной (отрицательной) ДГС, убывающей по модулю вдоль волокна, нарушение симметрии дисперсионного распределения приводит к необратимой компрессии импульсов. Таким образом, неоднородные по длине одномодовые нелинейные волоконные световоды с убывающей аномальной дисперсией перспективны в качестве источников последовательностей ультракоротких импульсов высокой пиковой мощности и высокой (субтерагерцовой) частотой следования.One of the promising methods for generating ultrashort pulses with a high repetition rate is the use of the modulation instability effect in single-mode optical fibers with continuously dispersed group velocity dispersion (DGS) along the length [US4741587, US4995690]. This effect consists in the decay of a modulated wave in a nonlinear waveguide into a sequence of ultrashort pulses, at which the repetition rate of the generated pulses corresponds to the modulation frequency of the initial wave. When radiation propagates in a homogeneous fiber, the pulse compression process is cyclically replaced by dispersion broadening. For inhomogeneous fibers with an anomalous (negative) GVD, which decreases in magnitude along the fiber, violation of the dispersion distribution symmetry leads to irreversible pulse compression. Thus, single-mode nonlinear non-linear optical fibers with decreasing anomalous dispersion are promising as sources of sequences of ultrashort pulses of high peak power and high (sub-hertz) repetition rate.

Известна конструкция генератора высокочастотной последовательности ультракоротких импульсов солитонного типа - [Опт. и спектр., 2017, том 122, № 3, с. 135-142], схема которого представлена на фиг.1а. Основными его элементами являются: 1 - генератор модулированного излучения накачки, 2 - устройство ввода излучения в световод, 3 - одномодовое нелинейное оптическое волокно с неоднородным по длине распределением аномальной дисперсии (уменьшающейся по экспоненциальному закону), 4 - устройство вывода излучения. Принцип генерации импульсов заключается в следующем. За счет совместного действия нелинейных и дисперсионных эффектов происходит распад квазинепрерывной модулированной волны на последовательность ультракоротких импульсов, сопровождающийся одновременным уширением спектра.The known design of the generator of a high-frequency sequence of ultrashort pulses of soliton type - [Opt. and Spectrum., 2017, Volume 122, No. 3, p. 135-142], a diagram of which is presented in figa. Its main elements are: 1 - a modulated pump radiation generator, 2 - a device for inputting radiation into a fiber, 3 - a single-mode nonlinear optical fiber with a nonuniform distribution of anomalous dispersion (decreasing exponentially), 4 - a device for outputting radiation. The principle of pulse generation is as follows. Due to the combined action of nonlinear and dispersion effects, a quasicontinuous modulated wave decays into a sequence of ultrashort pulses, accompanied by a simultaneous broadening of the spectrum.

Недостатками прототипа являются: необходимость использования неоднородных волокон большой длины, что приводит к повышению потерь; недостаточно высокая степень сжатия; сравнительно малая пиковая мощность генерируемых последовательностей импульсов. Для устранения указанных недостатков предложена данная полезная модель генератора, схема которого приведена на фиг. 1b. Здесь 5 - генератор модулированного излучения накачки, 6 - устройство ввода излучения в световод, 7 - однородное одномодовое нелинейное волокно, 8 - одномодовое нелинейное оптическое волокно с уменьшающейся по экспоненциальному закону аномальной дисперсией, 9 - устройство вывода излучения. Отличие от прототипа заключается в замене волокна-модулятора с экспоненциально убывающей дисперсией на каскадное волокно, состоящее из двух последовательно соединенных волокон: с постоянной и экспоненциально убывающей по длине дисперсией групповых скоростей. На фиг. 1с приведены распределения дисперсии групповых скоростей по длине волокна для двух случаев: зависимость 10 - соответствует схеме генератора, представленной на фиг. 1а, кривая 11 - схеме генератора на фиг. 1b.The disadvantages of the prototype are: the need to use heterogeneous fibers of great length, which leads to increased losses; insufficiently high compression ratio; relatively low peak power of the generated pulse sequences. To eliminate these drawbacks, this utility model of the generator is proposed, the circuit of which is shown in FIG. 1b. Here 5 is a modulated pump radiation generator, 6 is a device for inputting radiation into a fiber, 7 is a homogeneous single-mode nonlinear fiber, 8 is a single-mode nonlinear optical fiber with an anomalous dispersion decreasing exponentially, and 9 is a radiation output device. The difference from the prototype is the replacement of a modulator fiber with an exponentially decreasing dispersion with a cascade fiber consisting of two series-connected fibers: with a constant and exponentially decreasing length dispersion of group velocities. In FIG. 1c shows the distribution of group velocity dispersion along the fiber length for two cases: dependence 10 corresponds to the generator circuit shown in FIG. 1a, curve 11 is a diagram of the generator of FIG. 1b.

Основной целью данной полезной модели является увеличение степени сжатия генерируемых импульсов и повышение их пиковой мощности.The main purpose of this utility model is to increase the compression ratio of the generated pulses and increase their peak power.

Технический результат: повышение степени сжатия генерируемых последовательностей ультракоротких импульсов.Effect: increasing the compression ratio of the generated sequences of ultrashort pulses.

Технический результат достигается за счет замены волокна-модулятора с уменьшающейся по модулю аномальной дисперсией на модулятор, состоящий из последовательно соединенных волокон с аномальной постоянной по модулю дисперсией (премодулятор) и волокна с аномальной экспоненциально уменьшающейся по модулю дисперсией.The technical result is achieved by replacing a fiber modulator with anomalous dispersion decreasing in modulus by a modulator consisting of fibers connected in series with an anomalous constant modulus of dispersion (premodulator) and a fiber with an anomalous dispersion exponentially decreasing in dispersion.

На фиг. 2а приведены зависимости максимальной (пиковой) мощности генерируемых последовательностей импульсов от длины световода. Кривая 12 соответствует прототипу - волокну со следующими параметрами: длина

, нелинейность

, распределенная вдоль волокна по экспоненциальному закону аномальная (отрицательная) ДГСIn FIG. Figure 2a shows the dependences of the maximum (peak) power of the generated pulse sequences on the length of the fiber. Curve 12 corresponds to the prototype of the fiber with the following parameters: length

nonlinearity

exponentially distributed along the fiber anomalous (negative) DGS

со значением дисперсии на входе в световод

и параметром неоднородности

м^-1. Кривая 13 соответствует предлагаемому двухсекционному световоду со следующим распределением дисперсии по длине каждой из секций:with the dispersion value at the entrance to the fiber

and heterogeneity parameter

m ^-1 . Curve 13 corresponds to the proposed two-section fiber with the following dispersion distribution along the length of each section:

где

- длина однородной по длине секции (с постоянной дисперсией), остальные параметры имеют значения, отвечающие кривой 12.Where

- the length of the section uniform in length (with constant dispersion), the remaining parameters have values corresponding to curve 12.

На фиг. 2b приведены огибающие импульсов на выходе из односекционного волокна-модулятора с убывающей дисперсией. Замена начального отрезка волокна с убывающей дисперсией на сегмент волокна с постоянной аномальной дисперсией (фиг. 2с) способствует повышению модуляционного усиления на данном участке. Дополнительный выигрыш связан со снижением потерь из-за использования неоднородного волокна меньшей длины. В итоге, как можно видеть, достижение технического результата за счет использования нелинейного световода-модулятора из последовательно соединенных двух секций: с аномальной постоянной и экспоненциально уменьшающейся по модулю дисперсиями - позволяет значительно увеличить пиковую мощность генерируемых импульсов.In FIG. 2b shows the envelopes of pulses at the output of a single-section fiber modulator with decreasing dispersion. Replacing the initial fiber segment with decreasing dispersion with a fiber segment with constant anomalous dispersion (Fig. 2c) contributes to an increase in modulation gain in this section. An additional gain is associated with reduced losses due to the use of non-uniform fibers of shorter length. As a result, as you can see, achieving a technical result through the use of a nonlinear fiber-optic modulator from two sections connected in series: with an anomalous constant and variances exponentially decreasing in absolute value - can significantly increase the peak power of the generated pulses.

Таким образом, поставленная цель достигнута. Показано, что при использовании в волоконном генераторе последовательностей ультракоротких импульсов однородного волокна премодулятора с аномальной и постоянной по модулю дисперсией обеспечивается генерация последовательностей импульсов с более высокой степенью сжатия и пиковой мощностью, чем при использовании одиночных неоднородных световодов.Thus, the goal is achieved. It is shown that when using ultra-short pulse sequences of a homogeneous premodulator fiber with an anomalous and constant modulus dispersion in a fiber generator, the generation of pulse sequences with a higher compression ratio and peak power is ensured than when using single inhomogeneous optical fibers.

Claims

Laser generator of sequences of ultrashort optical pulses, consisting of a pump source, a pump radiation input device, a fiber optic modulator and a radiation output device, characterized in that the fiber optic modulator consists of two sections of fiber connected in series - with anomalous and exponentially decreasing modulus group velocity dispersions.