การออกแบบเส้นทางแสงของเลเซอร์พัลส์รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า

การออกแบบเส้นทางแสงแบบสี่เหลี่ยมผืนผ้าเลเซอร์แบบพัลส์

ภาพรวมของการออกแบบเส้นทางแสง

เลเซอร์ใยแก้วเจือธูเลียมแบบโซลิตอนเรโซแนนซ์แบบพาสซีฟสองความยาวคลื่นที่ล็อกโหมดได้ โดยใช้โครงสร้างกระจกวงแหวนใยแก้วแบบไม่เชิงเส้น

2. คำอธิบายเส้นทางแสง

โซลิตอนเรโซแนนซ์แบบกระจายพลังงานสองความยาวคลื่นที่เจือด้วยธาตุทูเลียมเลเซอร์ไฟเบอร์ใช้การออกแบบโครงสร้างโพรงรูปทรง "8" (รูปที่ 1)

ส่วนด้านซ้ายเป็นวงจรนำแสงทิศทางเดียวหลัก ในขณะที่ส่วนด้านขวาเป็นโครงสร้างกระจกสะท้อนแสงแบบวงแหวนใยแก้วนำแสงที่ไม่เป็นเชิงเส้น วงจรนำแสงทิศทางเดียวด้านซ้ายประกอบด้วยตัวแยกกลุ่มเส้นใย เส้นใยนำแสงที่เจือด้วยธาตุทูเลียมยาว 2.7 เมตร (SM-TDF-10P130-HE) และตัวเชื่อมต่อเส้นใยนำแสงย่านความถี่ 2 ไมโครเมตร ที่มีสัมประสิทธิ์การเชื่อมต่อ 90:10 นอกจากนี้ยังมีตัวแยกสัญญาณที่ขึ้นอยู่กับโพลาไรเซชัน (PDI) หนึ่งตัว ตัวควบคุมโพลาไรเซชัน (PC) สองตัว และเส้นใยนำแสงรักษาโพลาไรเซชัน (PMF) ยาว 0.41 เมตร โครงสร้างกระจกสะท้อนแสงแบบวงแหวนใยแก้วนำแสงที่ไม่เป็นเชิงเส้นทางด้านขวาได้มาจากการเชื่อมต่อแสงจากวงจรนำแสงทิศทางเดียวด้านซ้ายไปยังกระจกสะท้อนแสงแบบวงแหวนใยแก้วนำแสงที่ไม่เป็นเชิงเส้นทางด้านขวาผ่านตัวเชื่อมต่อแสงโครงสร้าง 2×2 ที่มีสัมประสิทธิ์ 90:10 โครงสร้างกระจกสะท้อนแสงแบบวงแหวนใยแก้วนำแสงที่ไม่เป็นเชิงเส้นทางด้านขวาประกอบด้วยเส้นใยนำแสงยาว 75 เมตร (SMF-28e) และตัวควบคุมโพลาไรเซชัน ใช้ใยแก้วนำแสงแบบโหมดเดี่ยวความยาว 75 เมตร เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของปรากฏการณ์ไม่เชิงเส้น โดยใช้ตัวเชื่อมต่อใยแก้วนำแสงแบบ 90:10 เพื่อเพิ่มความแตกต่างของเฟสไม่เชิงเส้นระหว่างการแพร่กระจายตามเข็มนาฬิกาและทวนเข็มนาฬิกา โครงสร้างสองความยาวคลื่นนี้มีความยาวรวม 89.5 เมตร ในการทดลองนี้ แสงปั๊มจะผ่านตัวรวมลำแสงก่อนเพื่อไปถึงตัวกลางขยายสัญญาณคือใยแก้วนำแสงที่เจือด้วยธาตุทูเลียม หลังจากผ่านใยแก้วนำแสงที่เจือด้วยธาตุทูเลียมแล้ว จะเชื่อมต่อตัวเชื่อมต่อแบบ 90:10 เพื่อหมุนเวียนพลังงาน 90% ภายในโพรงและส่งพลังงาน 10% ออกนอกโพรง ในขณะเดียวกัน ตัวกรอง Lyot แบบไบรีฟริงเจนต์ประกอบด้วยใยแก้วนำแสงแบบรักษาโพลาไรเซชันซึ่งอยู่ระหว่างตัวควบคุมโพลาไรเซชันสองตัวและตัวกรองโพลาไรซ์ ซึ่งทำหน้าที่กรองความยาวคลื่นสเปกตรัม

3. ความรู้พื้นฐาน

ในปัจจุบัน มีวิธีการพื้นฐานสองวิธีในการเพิ่มพลังงานพัลส์ของเลเซอร์แบบพัลส์ วิธีหนึ่งคือการลดผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นโดยตรง ซึ่งรวมถึงการลดกำลังสูงสุดของพัลส์ด้วยวิธีการต่างๆ เช่น การจัดการการกระจายตัวสำหรับพัลส์แบบยืด การใช้ออสซิลเลเตอร์แบบชิปขนาดใหญ่ และเลเซอร์แบบพัลส์ที่แยกแสง เป็นต้น อีกวิธีหนึ่งคือการค้นหากลไกใหม่ที่สามารถทนต่อการสะสมเฟสที่ไม่เป็นเชิงเส้นได้มากขึ้น เช่น ความคล้ายคลึงในตัวเองและพัลส์รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า วิธีการที่กล่าวมาข้างต้นสามารถเพิ่มพลังงานพัลส์ของเลเซอร์แบบพัลส์ได้อย่างประสบความสำเร็จเลเซอร์แบบพัลส์พลังงานอยู่ในระดับหลายสิบนาโนจูล การสั่นพ้องของโซลิตอนแบบกระจายพลังงาน (Dissipative soliton resonance: DSR) เป็นกลไกการสร้างพัลส์รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่เสนอครั้งแรกโดย N. Akhmediev และคณะ ในปี 2008 ลักษณะเฉพาะของพัลส์การสั่นพ้องของโซลิตอนแบบกระจายพลังงานคือ ในขณะที่แอมพลิจูดคงที่ ความกว้างของพัลส์และพลังงานของพัลส์รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ไม่แยกคลื่นจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตามการเพิ่มขึ้นของกำลังปั๊ม ซึ่งในระดับหนึ่งเป็นการก้าวข้ามข้อจำกัดของทฤษฎีโซลิตอนแบบดั้งเดิมเกี่ยวกับพลังงานของพัลส์เดี่ยว การสั่นพ้องของโซลิตอนแบบกระจายพลังงานสามารถเกิดขึ้นได้โดยการสร้างการดูดซับแบบอิ่มตัวและการดูดซับแบบอิ่มตัวย้อนกลับ เช่น ผลกระทบการหมุนโพลาไรเซชันแบบไม่เชิงเส้น (NPR) และผลกระทบกระจกวงแหวนไฟเบอร์แบบไม่เชิงเส้น (NOLM) รายงานส่วนใหญ่เกี่ยวกับการสร้างพัลส์การสั่นพ้องของโซลิตอนแบบกระจายพลังงานนั้นอิงตามกลไกการล็อกโหมดทั้งสองนี้