[논문 리뷰] All-fiber dual-wavelength mode-locked laser using a bend-induced-birefringence Lyot-filter as gain-tilt equalizer

Yuanjun Zhu, Fulin Xiang외 3명|arXiv (Cornell University)|2019. 09. 17.

Advanced Fiber Laser Technologies참고 문헌 23인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 이중 파장 모드 잠금 섬유 레이저를 위한 굽힘 유도 이방성 Lyot 필터를 사용하여 이득 기울기 균형을 도모함으로써, 1532 nm 및 1556 nm에서 안정적인 이중 파장 작동을 가능하게 한다. 굽힌 단일 모드 섬유에서 유도되는 낮은 이방성 특성을 활용함으로써 레이저 구조가 단순화되고, 기존의 고이방성 편광 유지 섬유 기반 Lyot 필터가 다중 파장 생성에 한계를 가진다는 점을 극복한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 다중 파장 섬유 레이저에서 이차적인 이득 기울기 문제, 특히 이중 파장 모드 잠금 구성에서의 도전 과제를 해결하기 위해.
• 광대역 이중 파장 출력을 생성하는 데 있어 기존의 고이방성 편광 유지 섬유 기반 Lyot 필터의 한계를 극복하기 위해.
• 굽힌 단일 모드 섬유에서 유도되는 낮은 이방성을 활용한 단순화된 전 섬유 아키텍처를 개발하여 이중 파장 모드 잠금 섬유 레이저를 위해.
• WDM 통신, 테라헤르츠 파장 생성 및 광학 센싱과 같은 애플리케이션에서 실용적이고 내구성이 뛰어난 다중 파장 생성 솔루션을 제시하기 위해.

제안 방법

• 고전적인 고이방성 편광 유지 섬유를 대체하기 위해 단일 모드 섬유를 굽혀 낮은 이방성을 유도함으로써 Lyot 필터를 구성한다.
• 굽힘에 의해 유도된 이방성을 조절하여 1532 nm 및 1556 nm에서 이중 파장 작동을 지원하는 파장 선택적 필터링을 구현한다.
• 섬유 앰프의 스펙트럼 이득 변동을 보완함으로써 이득 기울기 균형기로 기능하며, 양 파장에서 균형 잡힌 진동을 보장한다.
• 전 섬유 구조는 Lyot 필터를 레이저 캐비티에 직접 통합함으로써 안정성 향상과 복잡성 감소를 달성한다.
• 포화 흡수체를 사용하여 모드 잠금 제어 방식을 적용함으로써, 두 파장에서 초단파동 펄스 생성이 가능하다.
• 스펙트럼, 시간 영역 및 안정성 특성 측정을 통한 실험적 검증을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 굽힌 단일 모드 섬유에서 유도되는 낮은 이방성이 이중 파장 모드 잠금 섬유 레이저 작동을 위한 Lyot 필터를 구성하는 데 효과적으로 활용될 수 있는가?
• RQ2 기존의 고이방성 Lyot 필터와 비교할 때 굽힘에 의해 유도된 이방성 Lyot 필터는 이득 기울기 보정 및 스펙트럼 안정성 측면에서 어떻게 성능을 발휘하는가?
• RQ3 전 섬유 구조에서 이중 파장 출력의 중심 파장 및 스펙트럼 대역폭은 어느 정도 도달할 수 있는가?
• RQ4 기존의 다중 파장 섬유 레이저 설계와 비교할 때 제안된 방법은 레이저 구조를 어느 정도 단순화하는가?
• RQ5 이러한 필터 기반 접근법을 통해 두 개의 서로 다른 파장에서 안정적이고 자가 시작 모드 잠금이 달성될 수 있는가?

주요 결과

• 레이저는 1532 nm 및 1556 nm에서 이중 파장 모드 잠금 펄스를 성공적으로 생성하였으며, 스펙트럼 간격은 24 nm였다.
• 굽힘에 의해 유도된 이방성 Lyot 필터는 이득 기울기 균형을 효과적으로 수행하여 두 파장에서 균형 잡힌 진동을 가능하게 하였다.
• 전 섬유 설계는 높은 안정성과 내구성을 확보하여 WDM, 테라헤르츠 생성 및 광학 센싱 응용 분야에서 실용적으로 활용 가능하다.
• 외부 시딩 또는 복잡한 캐비티 튜닝 없이도 자가 시작 모드 잠금이 달성되었다.
• Lyot 필터 제작에 표준 단일 모드 섬유를 사용함으로써 제작 및 통합이 단순화되어 비용과 복잡성이 감소하였다.
• 실험 결과는 제안된 방법이 이중 파장 작동에 대해 실현 가능하고 뛰어난 성능을 발휘함을 확인하였다.