[論文レビュー] Few-cycle pulses from a graphene mode-locked all-fiber laser

David G. Purdie, D. Popa+7 more|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 2015

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 2被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、エレクトロニクス・ドープド・ファイバー・アンプ（EDFA）とシングルモード・ファイバー（SMF）に基づく外部コンプレッサーを用いて、1550 nmで約29-fsパルスを生成するコンactで、すべてのファイバー構成のグラフェンモードロックレーザーシステムを示している。この装置は、自由空間光学素子を一切使用せず、高安定性、低コスト、アライメント不要の構成で、数サイクル動作（6光学周期未満）を実現し、耐障害性の高い、アライメント不要なフォーマットで高時間分解能応用を可能にする。

ABSTRACT

We combine a graphene mode-locked oscillator with an external compressor and achieve~29fs pulses with~52mW average power. This is a simple, low-cost, and robust setup, entirely fiber based, with no free-space optics, for applications requiring high temporal resolution.

研究の動機と目的

• 数サイクルパルス生成のためのコンパクトで低コストかつ耐障害性のある、すべてのファイバー構成のフェムト秒レーザーシステムの開発。
• 自由空間光学部品を排除することで、ボリューム光学ベースのシステムの制限を克服すること。
• グラフェンの広帯域飽和吸収特性を活用し、広帯域で安定した超短パルス生成を実現すること。
• 完全にファイバー統合されたプラットフォームで、100 fs未満のパルスを高平均出力で達成すること。
• 超高速フォトニクス応用に向けたスケーラブルでポータブルなソリューションの実証。

提案手法

• グラフェンベースの飽和吸収体（GSA）をファイバー・レーザー・カーブに統合し、受動的モードロックを実現。
• モードロック発振器は、初期に約100 fsのパルスを生成。
• 外部コンプレッサーとして、イッテルビウムドープド・ファイバー・アンプ（EDFA）とシングルモード・ファイバー（SMF）を用いる。
• EDFAは同時にパルスを増幅し、自己位相変調による非線形スペクトル拡張を引き起こす。
• SMFはグループ速度分散を補償することで、パルスを圧縮する分散要素として機能する。
• システム全体は標準の通信用部品で構成されており、アライメント不要で安定かつコンパクトな動作を実現。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 自由空間光学素子を一切使用しない、完全にファイバー構成の固体状態レーザーシステムが、数サイクルパルスを生成できるか？
• RQ2 外部圧縮を用いたファイバー発振器で、グラフェン飽和吸収体を用いて達成可能な最短パルス幅は何か？
• RQ3 EDFAとSMFの組み合わせが、1つの統合ステージで同時に増幅と圧縮を実現するメカニズムは何か？
• RQ4 このようなシステムが、30 fs未満のパルスを達成しながらも、高平均出力（50 mW以上）を維持できるか？
• RQ5 提案された構成は、超高速科学分野への広範な導入に十分に耐障害性があり、低コストかつスケーラブルであるか？

主な発見

• システムは平均出力約52 mWで、1550 nmにおける6光学周期未満の約29-fsパルスを生成した。
• パルス幅は、EDFAとSMFを用いた外部圧縮によって達成され、これらは同時にパルスの増幅と圧縮を実現している。
• 自由空間光学素子を一切使用しない完全なファイバー構成であり、アライメント不要で耐障害性のある動作を実現。
• グラフェン飽和吸収体の使用により、1550 nm帯域全体で広帯域モードロックが可能となり、超短パルス生成を支援。
• 高安定性と標準通信部品との高い互換性を示し、低コストでポータブルな数サイクルパルス生成を実現。
• コンパクトで完全にファイバー構成のフォーマットで100 fs未満のパルスを達成し、ボリューム光学ベースの数サイクルシステムの制限を克服した。