풀 C

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3623(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

우리는 250MHz의 반복률을 가진 전체 C 대역 파장 조정 가능 모드 잠금 광섬유 레이저를 시연합니다. 이는 지금까지 우리가 아는 한 C 대역 조정 가능 모드 잠금 레이저에 대한 가장 높은 반복률을 나타냅니다. 편광 유지 섬유 기반 Fabry-Perot 캐비티는 반도체 포화 흡수체 미러를 모드 잠금 장치로 사용하여 250MHz의 기본 반복 속도를 가능하게 합니다. 우리는 캐비티 내부의 대역 통과 필터의 입사각을 조정하여 1505nm에서 1561nm까지 중심 파장의 넓은 조정 가능성을 갖는 안정적인 단일 솔리톤 모드 잠금 상태를 관찰했습니다. 전체 C 대역을 커버하는 파장 조정 가능 고반복률 모드 고정 레이저는 고정밀 광학 계측, 광대역 흡수 분광학 및 광대역 광 주파수를 포함한 많은 주파수 빗 기반 응용 분야에서 강력한 소스가 될 것으로 예상됩니다. 신디사이저.

높은 반복률 모드 고정 레이저는 초단 펄스, 높은 피크 전력 및 넓은 스펙트럼이라는 고유한 특성을 바탕으로 주파수 빗 생성1, 원격 타이밍 전송 및 동기화2, 광대역 분광학3을 포함한 수많은 응용 분야에서 핵심 역할을 수행해 왔습니다. , 마이크로파 생성4, 길이 계측5,6,7,8, 표면 계측9 및 초고속 현상 관찰10. 특히, 섬유 기반 모드 잠금 레이저는 신뢰성, 소형화 및 저렴한 비용으로 인해 실용적인 도구로 널리 사용되었습니다.

반복률이 높은 모드 잠금 레이저를 생성하기 위한 일반적인 방법은 고조파 모드 잠금 및 공동 길이 단축입니다. 전자의 방법에서 고조파 모드 잠금의 안정적인 작동을 보장하려면 낮은 신호 대 잡음비 및 펄스 타이밍 지터 저하와 같은 슈퍼 모드 잡음과 관련된 많은 기술적 과제가 필요합니다. 고조파 모드 잠금과 달리 캐비티 길이를 줄이면서 기본 반복 속도를 확장하면 스펙트럼 순도와 타이밍 지터가 더 나은 초단 펄스를 안정적으로 생성할 수 있습니다. 파이버 레이저의 경우 일부 구성 요소가 공동 외부에 배치될 수 있기 때문에 일반적으로 Fabry-Perot 공동으로 설계됩니다.

모드 잠금은 일반적으로 NPE(비선형 편광 진화)15 및 실제 포화 흡수체(SA)16에 의해 실현됩니다. NPE 기술은 초단 펄스 생성, 넓은 스펙트럼 등 펄스의 특성과 관련하여 장점이 있습니다. 그러나 NPE 기반 모드 잠금 레이저에서는 턴키 작동이 거의 작동하지 않습니다. NPE 기술과 달리 포화 흡수 물질을 기반으로 하고 반도체17, 탄소 나노튜브18, 그래핀19 및 2D 재료20로 입증된 SA는 턴키 작동 및 자체 모드 잠금의 이점을 제공합니다. SA는 공동에서 작은 영역만 필요하므로 반복률이 높은 모드 잠금 레이저에 적합합니다. SA 기반 모드 잠금 레이저는 일반적으로 캐비티 네트 분산과 자체 위상 변조가 균형을 이루는 솔리톤 펄스 영역에서 작동됩니다. 그러나 NPE 기반 모드 잠금 레이저에 비해 SA 기반 모드 잠금 레이저는 더 넓은 펄스 폭과 더 좁은 스펙트럼 대역폭을 갖습니다. 일반적으로 SA 기반 모드 잠금 레이저는 C-밴드22에서 수백 펨토초의 펄스 지속 시간과 수 나노미터의 스펙트럼 대역폭을 갖습니다. 광대역 광 스펙트럼과 초단 펄스를 생성하기 위해 전력 증폭을 통한 비선형 광섬유 기반 스펙트럼 확장이 일반적인 방법으로 활용됩니다. 비선형 스펙트럼 확장의 복잡하고 번거로운 방법 대신, 모드 고정 레이저의 중심 파장을 조정하는 것은 간단한 접근 방식을 통해 넓은 스펙트럼 범위를 포괄할 수 있는 실현 가능한 대안 중 하나입니다.

그림 1은 중심 파장의 튜닝 범위와 대수 스케일의 펄스 반복 속도 측면에서 C-밴드 조정 가능 모드 고정 광섬유 레이저 결과의 개요를 제공합니다. ,31,32,33,34,35. C-대역에서 작동하는 파장 조정 가능 모드 고정 광섬유 레이저는 조정 가능한 벌크 필터18,23,26,35, 고유 공동 복굴절 효과24,29,33,34를 포함하여 중심 파장을 조정하는 다양한 방법으로 시연되었습니다. 확장 가능한 격자25, 45° 기울어진 섬유 격자27,31, 슈퍼 모드 간섭 효과28 및 튜닝 조리개30,32가 있는 격자. 지금까지 C-대역 조정 가능 모드 고정 레이저는 수십 MHz 범위 미만의 반복 속도에서만 시연되었으며 중심 파장의 조정 가능 범위는 이미 전체 C-대역을 포괄합니다. 반복률이 낮은 이러한 유형의 모드 고정 레이저는 레이저 가공 및 고출력 증폭에 적합하지만 대부분의 주파수 빗 기반 광학 계측 응용 분야에서는 반복률이 여전히 너무 낮습니다.