Completo C

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 3623 (2023) Citare questo articolo

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Dettagli sulle metriche

Dimostriamo un laser a fibra con modalità bloccata e modalità sintonizzabile in banda C completa con una frequenza di ripetizione di 250 MHz, che rappresenta il tasso di ripetizione più alto per i laser con modalità bloccata sintonizzabile in banda C finora, per quanto a nostra conoscenza. La cavità Fabry-Perot a base di fibra a mantenimento della polarizzazione consente una velocità di ripetizione fondamentale di 250 MHz con uno specchio assorbente saturabile a semiconduttore come blocco della modalità. Abbiamo osservato uno stato di blocco della modalità stabile e singolo solitone con ampia sintonizzabilità della lunghezza d'onda centrale da 1505 a 1561 nm regolando l'angolo di incidenza di un filtro passa-banda all'interno della cavità. Si prevede che il laser mode-locked, ad alta frequenza di ripetizione e sintonizzabile in lunghezza d'onda, che copre l'intera banda C, sarà una fonte interessante per molte applicazioni basate su pettini di frequenza, tra cui la metrologia ottica ad alta precisione, la spettroscopia di assorbimento a banda larga e la frequenza ottica a banda larga. sintetizzatori.

I laser mode-locked ad alta frequenza di ripetizione, date le loro caratteristiche uniche di impulso ultra-corto, elevata potenza di picco e ampio spettro, hanno svolto un ruolo chiave in numerose applicazioni, tra cui la generazione di pettini di frequenza1, il trasferimento e la sincronizzazione remota dei tempi2, la spettroscopia a banda larga3 , generazione di microonde4, metrologia della lunghezza5,6,7,8, metrologia di superficie9 e osservazioni di fenomeni ultraveloci10. In particolare, i laser mode-locked basati su fibra sono stati ampiamente utilizzati come strumento pratico data la loro affidabilità, compattezza e basso costo11.

Per creare un laser con modalità bloccata ad alta frequenza di ripetizione, i metodi comuni sono il blocco della modalità armonica e l'accorciamento della lunghezza della cavità. Nel primo metodo, garantire il funzionamento stabile del blocco della modalità armonica comporta molte sfide tecniche legate al rumore della supermodalità, come un basso rapporto segnale-rumore e il degrado del jitter di temporizzazione degli impulsi12. Contrariamente al blocco della modalità armonica, l'aumento della frequenza di ripetizione fondamentale riducendo al contempo la lunghezza della cavità può generare stabilmente impulsi ultracorti con migliore purezza spettrale e jitter temporale13. Per quanto riguarda i laser a fibra, sono comunemente progettati con una cavità Fabry-Perot perché alcuni componenti possono essere posizionati all'esterno della cavità14.

Il mode-locking è comunemente realizzato mediante l'evoluzione della polarizzazione non lineare (NPE)15 e un vero assorbitore saturabile (SA)16. La tecnica NPE presenta vantaggi per quanto riguarda le caratteristiche degli impulsi, come la generazione di impulsi ultracorti e un ampio spettro. Tuttavia, il funzionamento chiavi in ​​mano difficilmente funziona per i laser con modalità bloccata basati su NPE. Contrariamente alla tecnica NPE, gli SA, che si basano su materiali di assorbimento saturabili e dimostrati con semiconduttori17, nanotubi di carbonio18, grafene19 e materiali 2D20, offrono i vantaggi del funzionamento chiavi in ​​mano e del blocco automatico della modalità. Gli SA sono adatti per laser mode-locked ad alta frequenza di ripetizione perché richiedono solo una piccola area nella cavità. I laser mode-locked basati su SA vengono tipicamente utilizzati nel regime di impulsi solitonici, dove la dispersione della rete di cavità e la modulazione di autofase sono ben bilanciate21. Tuttavia, rispetto ai laser mode-locked basati su NPE, i laser mode-locked basati su SA hanno una larghezza di impulso più ampia e una larghezza di banda spettrale più ristretta. Tipicamente, i laser mode-locked basati su SA hanno durate di impulso di poche centinaia di femtosecondi e larghezze di banda spettrali di pochi nanometri sulla banda C22. Per generare uno spettro ottico a banda larga e un impulso ultracorto, come metodo comune viene sfruttato l'ampliamento spettrale non lineare basato su fibra con amplificazione di potenza. Invece del metodo complicato e oneroso dell’ampliamento spettrale non lineare, la regolazione della lunghezza d’onda centrale di un laser a modalità bloccata è un’alternativa fattibile per coprire un’ampia gamma spettrale tramite un approccio semplice.

La Figura 1 presenta una panoramica dei risultati del laser a fibra con modalità bloccata sintonizzabile in banda C in termini di intervallo di sintonizzazione della lunghezza d'onda centrale e frequenza di ripetizione dell'impulso su scala logaritmica18,23,24,25,26,27,28,29,30 ,31,32,33,34,35. È stato dimostrato che i laser a fibra mode-locked con lunghezza d'onda regolabile che operano sulla banda C sono stati dimostrati con vari modi di sintonizzare la lunghezza d'onda centrale, incluso un filtro bulk sintonizzabile18,23,26,35, un effetto di birifrangenza della cavità intrinseca24,29,33,34, un reticolo estensibile25, un reticolo in fibra inclinato di 45°27,31, un effetto di interferenza super-mode28 e un reticolo con apertura di sintonia30,32. Finora, i laser mode-locked sintonizzabili in banda C sono stati dimostrati solo a velocità di ripetizione inferiori all'intervallo di decine di MHz, mentre l'intervallo sintonizzabile della lunghezza d'onda centrale copre già l'intera banda C. Questi tipi di laser con modalità bloccata e un basso tasso di ripetizione sono adatti per la lavorazione laser e l'amplificazione ad alta potenza, ma i loro tassi di ripetizione sono ancora troppo bassi per la maggior parte delle applicazioni di metrologia ottica basate su pettine di frequenza13,36.