[論文レビュー] Yb-doped all fiber picosecond laser based on grade-index multimode fiber with microcavity

Zhipeng Dong, Shujie Li+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2018

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 20被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、埋め込まれたマイクロキャビティを有する段階的屈折率マルチモードファイバーを非線形飽和吸収体として用いた、コンactで全ファイバー構造のイットルビウムドープ・ピコ秒レーザーを提案する。このデバイスは、1035 nmで17.05 psのパルスを1.26 mWの平均出力、37.098 MHzの繰り返し周波数で達成し、光学センシングおよび材料処理用途における低コスト、高安定性、高損傷閾値を示している。

ABSTRACT

We demonstrate an all-fiber mode-locked laser at all-normal dispersion with a saturable absorber, which is based on a section of grade-index multimode fiber with inner microcavity embedded in the splice points. The absorption modulation depth of this nonlinear saturable absorber is 2.2% in the suitable bent state. The fiber laser operates at central wavelength of 1035nm with average power of ~1.26mW, pulse-duration of 17.05 ps, repetition rate of 37.098MHz. This kind of saturable absorber has superiorities of low cost, high stability and high damage threshold, which may facilitate applications in optical sensing, material processing and light detection.

研究の動機と目的

• 全正の分散領域で動作する低コストで全ファイバー構造のモードロックレーザーの開発。
• コンactなファイバー・レーザーにおける安定で高損傷閾値を有する飽和吸収体のニーズに対応。
• 段階的屈折率マルチモードファイバーに埋め込まれたマイクロキャビティを用いて、受動的モードロックを実現。
• 実用的応用に向けた高安定性およびスケーラビリティを備えた20 ps未満のパルス生成を達成。

提案手法

• マイクロキャビティを内蔵した段階的屈折率マルチモードファイバーの一部をレーザー・カーブにスプライシングして、非線形飽和吸収体を形成。
• マイクロキャビティ構造が制御された曲げ誘発非線形損失変調を引き起こし、飽和吸収特性を実現。
• レーザーは全正の分散領域で動作し、自己位相変調および非線形偏光効果を用いてパルス形成を実現。
• 最適な曲げ条件下で2.2%のモード深度を示し、安定なモードロックを実現。
• レーザー・カーブは完全に光ファイバーから構成されており、アライメント不要で環境的安定性が極めて高い。
• Ybドープファイバー・アンプを用いて励起し、1035 nmでのレーザー発振を実現。繰り返し周波数は37.098 MHz。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 埋め込まれたマイクロキャビティを有する段階的屈折率マルチモードファイバーは、モードロックファイバー・レーザーにおける効果的な飽和吸収体として機能するか？
• RQ2 マイクロキャビティを有する飽和吸収体で最大のモード深度を達成するための最適な曲げ条件は何か？
• RQ3 本新規吸収体設計を用いて、全ファイバー構造で全正の分散領域のYbドープレーザーが20 ps未満のパルスを生成できるか？
• RQ4 従来の飽和吸収体と比較して、マイクロキャビティを有する吸収体の損傷閾値および安定性はいかがなっているか？
• RQ5 このようなコンパクトで全ファイバー構造において、達成可能なパルス幅、平均出力、繰り返し周波数は何か？

主な発見

• レーザーは1035 nmの中心波長で17.05 psのパルスを1.26 mWの平均出力で生成。
• モードロックパルス列の繰り返し周波数は37.098 MHzであり、カーブの往復時間と整合的。
• マイクロキャビティを内蔵した段階的屈折率マルチモードファイバーを用いた飽和吸収体は、最適な曲げ条件下で2.2%のモード深度を達成。
• 全ファイバー構造により高い安定性が確保され、環境的摂動に対して低感度。
• 飽和吸収体の丈夫なファイバー構造のおかげで、高損傷閾値を示す。
• 提案された飽和吸収体は低コストであり、標準的なファイバー溶接技術と互換性があり、スケーラブルな製造が可能。