[論文レビュー] Mode-locked fiber laser with offset splicing between two multimode fibers as a saturable absorber

Zhipeng Dong, Shujie Li+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2018

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 20被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、勾配指数マルチモードファイバー2本のオフセットスプライスを飽和吸収素子として用いた低コストで安定したモードロックファイバー lasers を提案する。オフセットスプライスにおける非線形マルチモード干渉が2.8%のモodulation 深さと2.5 MW/cm²の飽和強度を生成し、114 mWのポンプパワーで1039 nmで17.6 psのパルスを32.619 MHzの繰り返し周波数、65 dBの信号対雑音比で発振可能である。

ABSTRACT

A novel mode-locked fiber laser based on offset splicing technology between two kinds of graded index multimode fibers is proposed and experimentally demonstrated. The offset splice spot structure acts as a saturable absorber via nonlinear multimodal interference mechanism. The absorption modulation depth of the device is 2.8%, with a saturation intensity of 2.5 MW/cm2. The fiber laser operates at a stable mode-locked state when the pump power reaches 114 mW. The laser oscillates at 1039 nm with a pulsewidth of 17.6 ps, a repetition rate of 32.619 MHz, and a high signal noise ratio of 65 dB. The fiber laser is superior in terms of low cost, high damage threshold, and easy fabrication, thus providing many potential applications in ultrafast photonics and industrial processing.

研究の動機と目的

• 超高速ファイバー lasers 用の低コストで容易に製造可能な飽和吸収素子の開発を目的とする。
• 複雑な製造工程や低耐久性といった従来の飽和吸収素子の限界を克服することを目的とする。
• オフセットスプライスされたマルチモードファイバーにおける新しい非線形マルチモード干渉メカニズムを用いた安定なモードロックを実証することを目的とする。
• 産業応用に適したコンパクトで頑丈なレーザー動作を実現する高信号対雑音比を目的とする。

提案手法

• 異なる勾配指数マルチモードファイバーの間にオフセットスプライスを形成し、非線形光学的界面を構築する。
• スプライス界面が非線形マルチモード干渉を介して飽和吸収素子として機能し、キャビティ内損失を変調する。
• 標準的なファイバー部品（114 mWポンプ源および1039 nmの増幅媒質を含む）を用いてレーザー・キャビティを構築する。
• ポンプパワーが114 mWを超えると、安定したモードロック動作を示す。
• 吸収のモodulation 深さと飽和強度は、それぞれ2.8%および2.5 MW/cm²として測定された。
• 標準的な光スペクトル計測および自己相関法を用いて、パルス幅、繰り返し周波数、および信号対雑音比をレーザー出力の特性評価に用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オフセットスプライスされたマルチモードファイバー接合部は、モードロックファイバー lasers において効果的な飽和吸収素子として機能できるか？
• RQ2 オフセットスプライスされたファイバー構造におけるモードロックを可能にする非線形光学的メカニズムは何か？
• RQ3 実用的なポンプパワー下で、パルス幅、繰り返し周波数、および信号対雑音比の性能はいかがなっているか？
• RQ4 モodulation 深さおよび飽和強度といった主な性能パラメータは何か？
• RQ5 この手法は、産業応用に適した安定的で低コストかつ高耐久性のモードロックを達成できるか？

主な発見

• オフセットスプライスされたマルチモードファイバー構造は、2.8%のモdulation 深さと2.5 MW/cm²の飽和強度を達成した。
• レーザーは1039 nmの中心波長で17.6 psのパルスを32.619 MHzの繰り返し周波数で発振した。
• 65 dBという高い信号対雑音比が達成され、優れたパルス品質を示した。
• 114 mWのポンプパワーでも安定したモードロックが維持され、低しきい値動作を示した。
• 高い耐久性と簡単な製造プロセスを有し、産業用超高速フォトニクス応用に適していることがわかった。
• 飽和吸収素子のメカニズムは、オフセットスプライス界面における非線形マルチモード干渉に起因する。