半導体光増幅器を用いたパルスファイバーレーザーの非線形スペクトル可変性

Mar 07, 2024

Scientific Reports volume 12、記事番号: 13799 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

利得媒体として半導体光増幅器 (SOA) を使用して、パルスファイバーレーザー内の放射のスペクトル特性を調べます。 キャビティ内のファイバ伝播効果、SOA の非線形効果、およびスペクトル フィルタリングの間の相互作用から生じる複雑な光のダイナミクスにより、生成された放射がフィルタの中心波長からシフトされます。 結果として生じる出力放射の波長は、SOA ポンプ パワーとキャビティ内フィルターの帯域幅に依存します。 これにより、従来の同調可能フィルターの使用ではなく、非線形ダイナミクスを通じて生成されたパルスのスペクトル同調性の可能性が提供されます。

さまざまな最新のレーザーの特性は、共振器内の非線形効果によって導入される自明ではない光のダイナミクスによって定義されます。 非線形性は、キャビティに沿って分布することもあれば（カー効果や光ファイバ内の非線形偏光回転など）、いくつかの要素の点状の作用（共振器の長さに比べてスケールが小さい可飽和吸収体や非線形増幅器など）によって発生することもあります。 ）。 非線形効果は、制御が容易ではありませんが、さまざまな新しいレーザー光源を開発するための豊かな可能性を提供する可能性があります1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11。

SOA は、コンパクトなサイズ、広い利得帯域幅、注入電流の制御による直接利得変調の可能性など、多くの魅力的な特性を備えた確立された実用的な光デバイスです。 SOA は、光信号処理 12、波長分割多重 (WDM)、光時分割多重 (OTDM)13、波長スイッチング 14、光クロック リカバリ 15、16、低ノイズ、高ビット レートの光サンプリング 17、およびその他。

さらに、SOA は従来の光通信や半導体レーザーを超えた用途にも有望です。 たとえば、希土類をドープしたアクティブファイバーの代わりにファイバーレーザーの利得媒体として使用できます。 私たちの知る限りでは、SOA ベースのレーザーに関する最初の出版物は 70 年代後半に出版され始めました 18、19、20、21、22、23、24、25。 松本氏と隈部氏18は、ピルボックス型やサークル型など、異なる三次元導波路構造を備えたAlGaAs-GaAsリングレーザーを実証した。 光ファイバー複合共振器レーザー、モードロックレーザーを含む半導体光ファイバーリングレーザーが先駆的な研究で研究されてきました19、20、21、22。 半導体光ファイバーリングレーザーの線幅の理論は、アクティブキャビティとパッシブキャビティの結合速度方程式を使用して 26 に開発されました。 SOA ベースのモードロックレーザーは、数百フェムト秒程度の超短パルスを生成できます27。 モードロックは、外部光学式ノンリターンツーゼロデータ注入によって実現されました。 リングキャビティファイバーレーザー28ではサブピコ秒の光パルスが生成され、SOAにおける非線形偏光の進化がモードロック機構として機能しました。 In29 では、外部コンプレッサーで 274 fs まで圧縮できるパルスを生成する、リング キャビティを備えたモードロック レーザーが紹介されています。 ヘックら。 は、モードロック半導体リングレーザーで 1550 nm で 300 fs までのパルス幅のパルスを生成できる可能性を実証しました 30。 この方式には、SOA と InP/InGaAsP 技術に基づく可飽和吸収体、および周波数分散を提供する受動部品が含まれています。 ニュシュコフら。 は、注入電流パルスと制御可能な生成光パルスの形状を備えた SOA 変調を介してモードロックされたファイバーレーザーを実証しました 31,32。 8 の字型 SOA ベースのファイバー レーザーが研究されました 33,34。 パルス繰り返し率は SOA の注入電流にほぼ直線的に依存し、30 MHz から 12.02 GHz までの広い範囲で変化する可能性があることが観察されました 34。 1.7 GHz の繰り返し率でほぼ半分のデューティサイクルを持つパルス列を生成する自己始動型受動的高調波モードロックレーザーが実証されました 33。 ファイバー共振器と SOA を組み合わせてパルス放射を生成することも、光の非線形力学に基づいたシステム設計の興味深い可能性を提供します。