[論文レビュー] Compensation of nonlinear phase shifts with third-order dispersion: fiber stretchers can out-perform grating stretchers in short-pulse fiber amplifiers

Shian Zhou, Lyuba Kuznetsova+2 more|ArXiv.org|Apr 7, 2005

Photonic Crystal and Fiber Optics被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、短パルス光ファイバー増幅器において、3次分散（TOD）が非線形位相シフトを補償できることを示しており、これによりファイバー・ストレッチャーが従来のグレーティング・ストレッチャーを凌駆する。ファイバー・グレーティングコンプレッサー構成においてTODを活用することで、波導的特徴を有するファイバー部品の利点を生かし、より短いパルス、より高いピークパワー、および優れたコントラストが実現され、特に高エネルギーパルスにおいて顕著である。

ABSTRACT

We show that nonlinear phase shifts and third-order dispersion can compensate each other in short-pulse fiber amplifiers. In particular, we consider chirped-pulse fiber amplifiers at wavelengths for which the fiber dispersion is normal. The nonlinear phase shift accumulated in the amplifier can be compensated by the third-order dispersion of the combination of a fiber stretcher and grating compressor. A numerical model is used to predict the compensation, and initial experimental results that exhibit the main features of the calculations are presented. In the presence of third-order dispersion, an optimal nonlinear phase shift reduces the pulse duration, and enhances the peak power and pulse contrast compared to the pulse produced in linear propagation. Contrary to common belief, fiber stretchers can perform as well or better than grating stretchers in fiber amplifiers, while offering the major practical advantages of a waveguide medium. The relative benefits of a fiber stretcher increase with increasing pulse energy, so the results presented here will be relevant to fiber amplifiers designed for the highest pulse energies.

研究の動機と目的

• 短パルス光ファイバー増幅器における非線形位相シフトの3次分散を用いた補償を調査すること。
• チープド・パルス光ファイバー増幅系において、ファイバー・ストレッチャーがグレーティング・ストレッチャーと同等またはそれ以上の性能を発揮できるかどうかを評価すること。
• 高エネルギー短パルス増幅における波導型ファイバー・ストレッチャーの利点を検討すること。
• 最適な非線形位相シフトとTODを組み合わせることでパルス長が短縮され、ピークパワーおよびコントラストが向上することを実証すること。

提案手法

• 正規分散および非線形効果を伴うチープド・パルス光ファイバー増幅器内のパルス伝搬をシミュレートするための数値モデルを構築する。
• ファイバー・ストレッチャーとグレーティング・コンプレッサーの組み合わせにより、非線形位相シフトを相殺する目的で3次分散（TOD）を導入する。
• 自己位相変調（SPM）および群速度分散（GVD）をモデルに組み込み、TODを非線形シュレーディンガー方程式に明示的に含める。
• グレーティング・コンプレッサーを用いてパルス圧縮をシミュレートし、TODがパルス長およびコントラストに与える影響を分析する。
• 予測されたパルス圧縮およびコントラストの向上を確認するため、実験的検証を実施する。
• パルス品質、エネルギー処理能力、およびシステムの耐障害性の観点から、ファイバー・ストレッチャーとグレーティング・ストレッチャーの性能を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3次分散は、短パルス光ファイバー増幅器において非線形位相シフトを効果的に補償できるか？
• RQ2 TODが存在する状況で、ファイバー・ストレッチャーはグレーティング・ストレッチャーと同等またはそれ以上の性能を発揮するか？
• RQ3 TODの導入が、高エネルギー光ファイバー増幅器におけるパルス長、ピークパワー、およびパルスコントラストに与える影響は何か？
• RQ4 TODが存在する状況で、パルス圧縮とコントラストを最大化する最適な非線形位相シフトは何か？
• RQ5 ファイバー・ストレッチャーは、グレーティング・ストレッチャーと比較して、優れたパルス品質を維持しながらより高いパルスエネルギーを実現できるか？

主な発見

• 3次分散は、正規分散領域で動作するファイバー増幅器において、非線形位相シフトを効果的に補償できる。
• 最適な非線形位相シフトにより、線形伝搬と比較してパルス長が短縮され、ピークパワーが増加する。
• TODによる非線形位相シフトの補償がなされると、パルスコントラストが顕著に向上する。
• 特に高エネルギーパルスにおいて、ファイバー・ストレッチャーはパルス品質およびエネルギー処理能力の面でグレーティング・ストレッチャーを上回る。
• ファイバー・ストレッチャーの波導的性質は、性能を損なうことなく、安定性およびコンactさといった実用的利点を提供する。
• 実験結果は、数値予測を確認しており、TODが存在する状況でパルス圧縮およびコントラストが向上していることが示された。