[論文レビュー] All-fiber dual-wavelength mode-locked laser using a bend-induced-birefringence Lyot-filter as gain-tilt equalizer

Yuanjun Zhu, Fulin Xiang+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 17, 2019

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 23被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、曲げ誘起二色性を有するリヨー・フィルタを用いて増幅利得の傾きを補正することで、1532 nm および 1556 nm の安定した二波長モードロック光ファイバーレーザーを実現する、全ファイバー型二波長モードロックレーザーの構成を提案する。曲げた単モードファイバーからの低二色性を活用することで、従来の高二色性を示す偏光維持ファイバーを用いたリヨー・フィルタの多波長生成における制限を克服し、レーザー構成を簡素化する。

ABSTRACT

Multi-wavelength fiber lasers have emerged as a promising light source for the application in wavelength division multiplexing communication, terahertz wave generation and optical sensing due to high efficiency and robustness. Lyot-filter emerges as a potential device for multi-wavelength generation application. However, because of the high birefringence of polarization maintaining fiber in Lyot-filter, it is difficult to generate broadband dual-wavelength or multi-wavelength mode-locked fiber laser by using common Lyot-filter. In this paper, for the first time, we propose an idea of using the low birefringence induced by bending the single-mode fiber to form a Lyot-filter for dual-wavelength mode-locked fiber laser generation. The dual-wavelength output centers at 1532 and 1556 nm and it may simplify the set-up for dual-wavelength mode-locked laser.

研究の動機と目的

• 多波長ファイバー・レーザーにおける増幅利得の傾きの問題、特に二波長モードロック構成における課題を解決すること。
• 広帯域二波長出力の生成において、従来の高二色性偏光維持ファイバーを用いたリヨー・フィルタの制限を克服すること。
• 曲げた単モードファイバーからの低二色性を活用した、簡素化された全ファイバー型構造による二波長モードロックファイバー・レーザーの開発。
• WDM通信、テラヘルツ波生成、光センシングなどの応用分野における、実用的で頑丈な多波長生成ソリューションの実証。

提案手法

• 単モードファイバーを曲げることで低二色性を誘起し、従来の高二色性偏光維持ファイバーに代わるリヨー・フィルタを構築する。
• 曲げによって誘起される二色性を調整することで、1532 nm および 1556 nm の二波長動作をサポートする波長選択的フィルタリングを実現する。
• リヨー・フィルタがファイバー増幅器におけるスペクトル的利得変動を補償することで、増幅利得の傾きを補正し、両波長でのバランスの取れた発振を実現する。
• 全ファイバー構成により、リヨー・フィルタをレーザー共振器に直接統合し、安定性を向上させるとともに、構成の複雑さを低減する。
• 飽和吸収体を用いたモードロック動作により、両波長で超短パルスを生成する。
• スペクトル的・時間的特性および安定性の実験的評価により、システムを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 曲げによって誘起される低二色性を用いて、二波長モードロックファイバー・レーザー動作に適したリヨー・フィルタを構築できるか。
• RQ2 従来の高二色性リヨー・フィルタと比較して、曲げ誘起二色性リヨー・フィルタは増幅利得の傾き補正およびスペクトル的安定性においてどのように優れるか。
• RQ3 全ファイバー構成における二波長出力の中心波長およびスルーバンド幅は、それぞれどの程度達成可能か。
• RQ4 既存の多波長ファイバー・レーザー設計と比較して、本手法はレーザー構成をどの程度簡素化できるか。
• RQ5 本フィルタベースの手法により、二つの異なる波長で安定的かつ自己始動型のモードロックが達成可能か。

主な発見

• レーザーは、1532 nm および 1556 nm の二波長モードロックパルスを、24 nm の波長間隔をもって安定して生成した。
• 曲げ誘起二色性リヨー・フィルタは、増幅利得の傾きを効果的に補正し、両波長でのバランスの取れた発振を可能にした。
• 全ファイバー構成により高い安定性と耐久性を実現し、WDM通信、テラヘルツ波生成、光センシングなどの実用的応用に適した。
• 外部シーディングや複雑な共振器チューニングを必要とせず、自己始動型のモードロックを達成した。
• リヨー・フィルタに標準的単モードファイバーを用いることで、製造および統合が簡素化され、コストと複雑さが低減した。
• 実験結果により、本手法の二波長動作における実現可能性と性能が確認された。