การออกแบบเส้นทางแสงของเลเซอร์พัลส์สี่เหลี่ยม

การออกแบบเส้นทางแสงแบบสี่เหลี่ยมผืนผ้าเลเซอร์แบบพัลส์

ภาพรวมของการออกแบบเส้นทางแสง

เลเซอร์ไฟเบอร์แบบเรโซแนนซ์โซลิตอนแบบล็อกโหมดพาสซีฟที่กระจายความยาวคลื่นคู่ที่ผสมทูเลียมโดยอาศัยโครงสร้างกระจกวงแหวนไฟเบอร์แบบไม่เชิงเส้น

2. คำอธิบายเส้นทางแสง

โซลิตอนเรโซแนนซ์แบบกระจายความยาวคลื่นคู่ที่เจือด้วยทูเลียมไฟเบอร์เลเซอร์ใช้การออกแบบโครงสร้างโพรงรูปทรง “8 นิ้ว” (รูปที่ 1)

ส่วนด้านซ้ายเป็นลูปทิศทางเดียวหลัก ส่วนด้านขวาเป็นโครงสร้างกระจกลูปใยแก้วนำแสงแบบไม่เชิงเส้น ลูปทิศทางเดียวด้านซ้ายประกอบด้วยตัวแยกมัด, ใยแก้วนำแสงเจือด้วยทูเลียมขนาด 2.7 เมตร (SM-TDF-10P130-HE) และตัวต่อใยแก้วนำแสงแบนด์ 2 ไมโครเมตร ที่มีค่าสัมประสิทธิ์การเชื่อมต่อ 90:10, ตัวแยกสัญญาณแบบโพลาไรซ์ (PDI) หนึ่งตัว, ตัวควบคุมโพลาไรซ์สองตัว (ตัวควบคุมโพลาไรซ์: PC) และเส้นใยนำแสงแบบคงสภาพโพลาไรซ์ (PMF) ขนาด 0.41 เมตร โครงสร้างกระจกวงแหวนใยแก้วนำแสงแบบไม่เชิงเส้นทางด้านขวาทำได้โดยการเชื่อมต่อแสงจากลูปทิศทางเดียวด้านซ้ายเข้ากับกระจกวงแหวนใยแก้วนำแสงแบบไม่เชิงเส้นทางด้านขวาผ่านตัวต่อแสงแบบโครงสร้าง 2×2 ที่มีค่าสัมประสิทธิ์ 90:10 โครงสร้างกระจกวงแหวนใยแก้วนำแสงแบบไม่เชิงเส้นทางด้านขวาประกอบด้วยใยแก้วนำแสงยาว 75 เมตร (SMF-28e) และตัวควบคุมโพลาไรซ์ ใยแก้วนำแสงโหมดเดี่ยวความยาวคลื่น 75 เมตรถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของปรากฏการณ์แบบไม่เชิงเส้น โดยมีการใช้ตัวเชื่อมต่อใยแก้วนำแสงอัตราส่วน 90:10 เพื่อเพิ่มความแตกต่างของเฟสแบบไม่เชิงเส้นระหว่างการแพร่กระจายตามเข็มนาฬิกาและทวนเข็มนาฬิกา ความยาวรวมของโครงสร้างความยาวคลื่นคู่นี้คือ 89.5 เมตร ในการทดลองนี้ แสงจากปั๊มจะผ่านตัวรวมลำแสงก่อนเพื่อไปยังใยแก้วนำแสงที่เจือด้วยทูเลียมซึ่งเป็นตัวกลางอัตราขยาย หลังจากใยแก้วนำแสงที่เจือด้วยทูเลียมแล้ว ตัวเชื่อมต่ออัตราส่วน 90:10 จะถูกเชื่อมต่อเพื่อหมุนเวียนพลังงาน 90% ภายในโพรงและส่งพลังงาน 10% ออกจากโพรง ในขณะเดียวกัน ตัวกรองไลออปแบบไบรีฟริงเจนต์ประกอบด้วยใยแก้วนำแสงที่รักษาโพลาไรเซชันซึ่งอยู่ระหว่างตัวควบคุมโพลาไรเซชันสองตัวและโพลาไรเซอร์ ซึ่งมีบทบาทในการกรองความยาวคลื่นสเปกตรัม

3. ความรู้พื้นฐาน

ปัจจุบันมีวิธีการพื้นฐานสองวิธีในการเพิ่มพลังงานพัลส์ของเลเซอร์พัลส์ วิธีหนึ่งคือการลดผลกระทบแบบไม่เชิงเส้นโดยตรง รวมถึงการลดกำลังสูงสุดของพัลส์ด้วยวิธีการต่างๆ เช่น การใช้การจัดการการกระจายสำหรับพัลส์แบบยืด ออสซิลเลเตอร์แบบสั่นขนาดใหญ่ และเลเซอร์พัลส์แบบแยกลำแสง เป็นต้น อีกวิธีหนึ่งคือการแสวงหากลไกใหม่ๆ ที่สามารถทนต่อการสะสมเฟสแบบไม่เชิงเส้นได้มากขึ้น เช่น ความคล้ายคลึงกันในตัวเองและพัลส์แบบสี่เหลี่ยม วิธีการดังกล่าวข้างต้นสามารถขยายพลังงานพัลส์ของเลเซอร์ได้สำเร็จเลเซอร์แบบพัลส์ถึงหลายสิบนาโนจูล การสั่นพ้องโซลิตอนแบบกระจาย (Dissipative soliton resonance: DSR) เป็นกลไกการสร้างพัลส์รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ N. Akhmediev และคณะ เสนอขึ้นเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2551 ลักษณะเฉพาะของพัลส์เรโซแนนซ์โซลิตอนแบบกระจายคือ ในขณะที่รักษาแอมพลิจูดให้คงที่ ความกว้างและพลังงานของพัลส์รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่แยกตัวออกจากกันแบบไม่ใช่คลื่นจะเพิ่มขึ้นแบบโมโนโทนิกเมื่อกำลังของปั๊มเพิ่มขึ้น ซึ่งในระดับหนึ่งถือเป็นการก้าวข้ามข้อจำกัดของทฤษฎีโซลิตอนแบบดั้งเดิมเกี่ยวกับพลังงานพัลส์เดี่ยว การสั่นพ้องโซลิตอนแบบกระจายสามารถทำได้โดยการสร้างการดูดกลืนแบบอิ่มตัวและการดูดกลืนแบบอิ่มตัวย้อนกลับ เช่น ปรากฏการณ์การหมุนโพลาไรเซชันแบบไม่เชิงเส้น (NPR) และปรากฏการณ์กระจกวงแหวนเส้นใยแบบไม่เชิงเส้น (NOLM) รายงานส่วนใหญ่เกี่ยวกับการสร้างพัลส์เรโซแนนซ์โซลิตอนแบบกระจายจะอิงจากกลไกการล็อกโหมดทั้งสองนี้