Una birifrangenza

15 dicembre 2022

dalla scienza ultraveloce

Negli ultimi decenni, i ricercatori hanno dimostrato solitoni convenzionali, impulsi allungati, impulsi autosimilari e solitoni dissipativi gestendo la dispersione e la non linearità dei laser a fibra. Tuttavia, nuovi tipi di impulsi robusti sono stati scoperti meno nei laser a fibra con modalità bloccata, poiché i solitoni dissipativi sono stati segnalati negli anni 2000 circa. D'altra parte, in passato i solitoni privi di chirp venivano ottenuti solo con laser a fibra a dispersione anomala e l'energia del singolo impulso è vincolata entro un limite relativamente stretto.

Recentemente, un gruppo di ricerca congiunto guidato dal Prof. Dong Mao e Jianlin Zhao della Northwestern Polytechnical University, insieme al Prof. Zhipei Sun dell'Università di Aalto, ha proposto una nuova classe di impulsi privi di chirp nei laser a fibra drogata con erbio a dispersione normale. . L'effetto di adattamento di fase correlato alla birifrangenza domina la formazione del solitone privo di chirp, e quindi è definito solitone gestito dalla birifrangenza.

Il blocco della modalità armonica controllabile da 5 a 85 ordini può essere ottenuto allo stesso livello di pompa di ~ 10 mW con energia solitonica completamente sintonizzabile oltre dieci volte, indicando una nuova legge energetica correlata alla birifrangenza che intrinsecamente distinta dal teorema energetico di solitoni convenzionali.

Per il laser a fibra a dispersione normale contenente una sezione di fibra a mantenimento della polarizzazione, l'accoppiamento modale tra due componenti polarizzati ortogonali si verifica quando l'impulso si propaga dalla fibra monomodale alla fibra a mantenimento della polarizzazione. Il funzionamento del laser dipende principalmente dallo stato di polarizzazione dell'impulso nella fibra monomodale.

Quando θ (ovvero, l'angolo tra la componente polarizzata y e l'asse veloce del PMF) è ~0 o ~π/2, il laser emette solitoni dissipativi, mentre il solitone gestito dalla birifrangenza può essere realizzato quando θ varia tra ~π/10 e ~2π/5. Rispetto ai solitoni dissipativi, i solitoni gestiti dalla birifrangenza possiedono una durata dell'impulso, una larghezza di banda e un'energia dell'impulso inferiori, nonché una soglia di autoavvio, e sono in grado di assemblarsi in stati di blocco della modalità armonica di ordine elevato.

In virtù della spettroscopia a colpo singolo e del controller di polarizzazione sintonizzabile elettricamente, la transizione tra solitone dissipativo e solitone gestito dalla birifrangenza può essere visualizzata in tempo reale. Per entrambi i processi di transizione, esibiscono degenerazione dei solitoni, oscillazione di rilassamento e rigenerazione dei solitoni. Questi risultati confermano ulteriormente che il solitone gestito dalla birifrangenza è realizzato nella regione di dispersione normale.

Simulazioni numeriche basate su equazioni accoppiate di Ginzburg-Landau riproducono bene le osservazioni dell'esperimento, corroborando che, oltre alla dispersione cromatica, alla non linearità e agli effetti di assorbimento saturabile, la birifrangenza può essere sfruttata per gestire l'energia e il comportamento di propagazione dell'impulso, il che potrebbe aprire nuove ricerche direzioni nei campi dei solitoni ottici e dei laser a fibra ultraveloci.

Questo lavoro apre la strada alla generazione diretta di solitoni privi di chirp in cavità a dispersione normale senza compressione esterna. Tale laser a fibra flessibile è in grado di produrre solitoni sintonizzabili di ordine elevato con modalità armonica bloccata a una potenza di pompa relativamente bassa, fornendo un modo promettente per realizzare sorgenti di impulsi ad alta velocità di ripetizione che funzionano con un basso consumo energetico per la comunicazione e il rilevamento ottici.

L'articolo è pubblicato sulla rivista Ultrafast Science.

Maggiori informazioni: Dong Mao et al, Laser a fibra a dispersione normale gestito dalla birifrangenza che fornisce solitoni senza chirp sintonizzabili dall'energia, Ultrafast Science (2022). DOI: 10.34133/2022/9760631

Fornito da Ultrafast Science