[논문 리뷰] Few-cycle pulses from a graphene mode-locked all-fiber laser

David G. Purdie, D. Popa외 7명|arXiv (Cornell University)|2015. 04. 07.

Advanced Fiber Laser Technologies참고 문헌 2인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 외부 압축기로 구성된 에르븀 도핑된 섬유 앰플리피어(EDFA)와 단일모드 섬유를 사용하여 1550 nm에서 약 ~29-fs 펄스를 생성하는 컴act하고 전체 섬유 기반의 그래핀 모드 잠금 레이저 시스템을 보여준다. 이 설정은 낮은 비용, 높은 안정성, 자유공간 광학 장치 없이 몇 주기 작동(6개 이하의 광학 주기)을 실현하여 견고하고 정렬이 필요 없는 형식으로 고시간 해상도 응용 분야에 적합하다.

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.

연구 동기 및 목표

• 몇 주기 펄스 생성을 위한 컴 pact하고 저비용이며 내구성이 뛰어난 전체 섬유 피코초 레이저 시스템을 개발하기 위해.
• 자유공간 성분을 제거하여 기존의 대체 광학 기반 시스템의 한계를 극복하기 위해.
• 넓은 파장 범위에서 안정적인 초단 펄스 생성을 위한 그래핀의 광역 포화 흡수 특성을 활용하기 위해.
• 완전히 섬유 통합 플랫폼에서 하이퍼스피드 펄스를 하이퍼스피드 펄스로 생성하면서도 높은 평균 출력을 달성하기 위해.
• 초고속 포토닉스 응용 분야에 대해 확장 가능하고 이식 가능한 솔루션을 제시하기 위해.

제안 방법

• 수동 모드 잠금을 가능하게 하기 위해 섬유 레이저 캐비티에 그래핀 기반 포화 흡수체(GSA)를 통합한다.
• 모드 잠금 오실레이터는 약 ~100 fs의 펄스를 생성한다.
• 외부 압축기는 에르븀 도핑된 섬유 앰플리피어(EDFA)와 단일모드 섬유(SMF)를 사용하여 실현된다.
• EDFA는 동시에 펄스를 증폭하고 자가위상변조를 통해 비선형 스펙트럼 확장 효과를 유도한다.
• SMF는 군속도 분산을 보상함으로써 펄스를 압축하는 분산 요소로 기능한다.
• 전체 시스템은 표준 통신 기반 구성 요소를 사용하여 정렬이 필요 없고 안정적이며 컴 pact한 작동을 보장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자유공간 광학 장치 없이 완전히 섬유 기반의 전체 고체 상태 레이저 시스템이 몇 주기 펄스를 생성할 수 있는가?
• RQ2 외부 압축을 사용하는 섬유 오실레이터에서 그래핀 포화 흡수체를 사용할 경우 얻을 수 있는 최소 펄스 길이는 얼마인가?
• RQ3 EDFA와 SMF의 조합이 하나의 통합 단계에서 증폭과 압축을 동시에 어떻게 실현하는가?
• RQ4 이러한 시스템이 30 fs 이하의 펄스를 달성하면서도 높은 평균 출력(>50 mW)을 유지할 수 있는가?
• RQ5 제안된 설정은 초고속 과학 분야에서 광범위하게 채택되기 위해 충분히 견고하고 저비용이며 확장 가능한가?

주요 결과

• 시스템은 평균 출력 약 ~52 mW로 약 ~29-fs 펄스를 생성하여 1550 nm에서 6개 이하의 광학 주기 수준에 해당한다.
• 펄스 길이는 EDFA와 SMF를 사용한 외부 압축을 통해 달성되며, 이는 동시에 펄스를 증폭하고 압축한다.
• 설정은 자유공간 광학 장치 없이 완전히 섬유 기반으로 구성되어 있어 정렬이 필요 없고 견고한 작동이 보장된다.
• 그래핀 포화 흡수체의 사용은 1550 nm 대역에서 광역 모드 잠금을 가능하게 하여 초단 펄스 생성을 지원한다.
• 시스템은 높은 안정성과 표준 통신 구성 요소와의 호환성을 보이며, 저비용이고 이식 가능한 몇 주기 펄스 생성을 실현한다.
• 이러한 접근은 컴 pact하고 전체 섬유 형식에서 100 fs 이하의 펄스를 달성하여 대체 광학 기반 몇 주기 시스템의 한계를 극복한다.