Волоконно-решеточные компрессоры

ВОЛОКОННО-РЕШЕТОЧНЫЕ КОМПРЕССОРЫ [c.153]

Хотя идея данной схемы довольно проста для того, чтобы добиться оптимальной работы волоконно-решеточного компрессора, необходимо ответить на несколько вопросов. Самыми основными [c.153]

Работа волоконно-решеточного компрессора может быть промоделирована следующим образом. Численно решается уравнение [c.154]

Для количественного описания работы волоконно-решеточного компрессора полезно ввести два параметра [c.156]

Максимальное ограничение на работу волоконно-решеточных компрессоров накладывается вынужденным комбинационным рассеянием [59-62] (см. гл. 8). Хотя в соответствии с соотношением [c.159]

Рис. 6.5. Измеренная автокорреляционная функция импульса, сжатого при помощи волоконно-решеточного компрессора (длительность начального импульса составляла 40 фс). 12-фемтосекундная ширина АКФ соответствует 8-фемтосекундной длительности импульса в предположении, что начальный импульс имеет форму гиперболического секанса [19],

Перестраиваемый волоконный ВКР-лазер использовался и для демонстрации усиления фемтосекундных оптических импульсов в волоконном ВКР-усилителе в условиях как попутной, так и встречной волн накачки [105]. Попутная накачка использовалась в схеме, где 500-фемтосекундные импульсы сначала проходили через отрезок световода длиной 100 м, где в результате действия дисперсии они уширялись до 23 ПС. Уширенные импульсы вместе с импульсами накачки длительностью 50 пс на длине волны 1,06 мкм вводились в усилитель, состоявший из 1-метрового световода. Усиленные импульсы сжимались в решеточном компрессоре. Сжатые импульсы были несколько шире (600-700 фс) исходных, но усилены по энергии в 15 ООО раз, когда мощность импульсов накачки составляла 150 кВт. Эксперимент показал, что частотная модуляция 23-пикосекундных исходных импульсов мало изменяется при усилении. Это указывает на возможность использования ВКР сверхкоротких импульсов в световодах не только для генерации фемтосекундных импульсов, но и для получения высоких пиковых мощностей. [c.247]

Поскольку в волоконно-оптическом модуляторе (л2>0) частота промодулированной несущей нарастает от фронта к хвосту, оптический компрессор должен обладать аномальной дисперсией, т. е. время группового запаздывания для низкочастотных спектральных компонент, локализованных на фронте импульса, должно быть меньшим, чем для высокочастотных, локализованных на его хвосте. Простейший решеточный компрессор изображен на рис. 4.1. Он состоит из пары дифракционных решеток, расположенных параллельно друг другу. [c.174]

Общая схема компрессии, изображенная на рис. 4.4, включает в себя источник спектрально-ограниченных пикосекундных импульсов, волоконно-оптический модулятор и решеточный компрессор. Основой для математического анализа процесса дисперсионной фазовой само-модуляции является нелинейное уравнение Шредингера, описывающее изменение комплексной амплитуды поля. Приведем это уравнение для случая нормальной дисперсии групповой скорости (ср. с (2.8.17)) [c.177]

Заметим, что в рассматриваемом спектральном диапазоне можно создавать чисто волоконные схемы сжатия (без промежуточного решеточного компрессора). Действительно, в первом отрезке световода (нормальная дисперсия) импульс приобретает положительную частотную модуляцию (а>0). Во втором отрезке световода (аномальная дисперсия) такой импульс эффективно сжимается за счет совместного проявления дисперсионных и нелинейных эффектов. Результаты теоретического анализа оптимальных режимов работы таких схем приведены в fl4], экспериментальные данные в [15. [c.206]

Волоконно - оптические модуляторы н решеточные компрессоры с фильтрацией спектральных компонент Нелинейно - оптические компрессоры с преобразованием частоты [c.241]

Рис. 6.34. Схема экспериментальной установки для измерения временного поведения фазы пикосекундных импульсов методом динамической интерферометрии 1 — волоконный световод, 2 — дифракционная решетка, 3 — призма решеточного компрессора, 4 — линия регулируемой оптической задержки, 5 — интерферометр Маха — Цандера, 6 — эталон Фабри — Перо, 7 — коррелятор для измерения кросс-корреляционной функции динамической интерферограммы и сжатого импульса [М]

Одним из важнейших применений нелинейных эффектов в волоконных световодах является сжатие оптических импульсов экспериментально были получены импульсы длительностью вплоть до 6 фс. В данной главе рассмотрены методы компрессии импульсов, их теоретические и экспериментальные аспекты. В разд. 6.1 изложена основная идея, представлены два вида компрессоров, обычно используемых для сжатия импульсов,- волоконно-решеточные компрессоры и компрессоры, основанные на эффекте многосолитонного сжатия. В волоконно-решеточном компрессоре используется отрезок волоконного световода с положительной дисперсией групповых скоростей, за которым следует дисперсионная линия задержки с отрицательной дисперсией групповых скоростей, представляющая собой пару дифракционных решеток. Дисперсионная линия задержки рассмотрена в разд. 6.2, в то время как в разд. 6.3 представлены теория и обзор экспериментальных результатов. В компрессорах, основанных на эффекте многосолитонного сжатия, используются солитоны высших порядков, которые существуют в световоде благодаря совместному действию фазовой самомодуляции (ФСМ) и отрицательной дисперсии. Теория такого компрессора представлена в разд. 6.4, далее следуют экспериментальные результаты. Следует отметить, что в одном из экспериментов по компрессии оптические импульсы были сжаты в 5000 раз при этом была использована двухкаскадная схема сжатия, в которой за волоконно-решеточным компрессором следовал оптимизированный компрессор, основанный на эффекте многосолитонного сжатия. [c.147]

Компрессоры, основанные на нелинейных эффектах в волоконных световодах, можно разделить на две категории, называемые здесь волоконно-решеточными компрессорами и компрессорами, основанными на эффекте многосолитонного сжатия. В волоконно-решеточ- [c.148]

НОМ компрессоре импульс сначала распространяется в световоде в области положительной дисперсии групповых скоростей, а затем происходит его сжатие при помощи пары дифракционных решеток. Задача световода - наложить практически линейную частотную модуляцию за счет комбинации нелинейных и дисперсионных эффектов [39]. Пара дифракционных решеток создает отрицательную дисперсию групповых скоростей, необходимую для сжатия импульсов с положительной частотной модуляцией [4, 7]. С другой стороны, компрессор, основанный на эффекте многосолитонного сжатия, состоит только из отрезка световода специально подобранной длины. Начальный импульс распространяется в области отрицательной дисперсии световода и сжимается за счет совместного действия ФСМ и дисперсии. Компрессия здесь обусловлен фазой начального сжатия, через которую проходят все солитоны высших порядков до того, как их начальная форма восстановится после одного периода соли-тона (см. разд. 5.2). Коэффициент сжатия зависит от пиковой мощности импульса, определяющей порядок солитона N. Оба типа компрессоров взаимно дополняют друг друга, работая обычно в разных областях спектра граница определяется длиной волны нулевой дисперсии ( 1,3 мкм для кварцевых световодов). Таким образом, волоконно-решеточный компрессор используется для сжатия импульсов в видимой и ближней инфракрасной областях спектра, в то время как компрессоры, основанные на эффекте многосолитонного сжатия, используются в области 1,3-1,6 мкм. В области 1,3 мкм за счет использования световодов со смещенной дисперсией можно применять компрессоры обоих типов. Двухкаскадная схема сжатия, где использовались оба типа компрессоров, позволила получить коэффициент сжатия 5000 в области 1,32 мкм [38]. [c.149]

В данном разделе изложена теория волоконно-решеточного компрессора,, а гакже приведен обзор экспериментальных результатов по сжатию сверхкоротких импульсов в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. Так как обычные кварцевые световоды имеют положительную дисперсию только при длинах волн 1,3 мкм, такие компрессоры используются до длин волн порядка 1,32 мкм. На рис. 6.2 показана схема волоконно-решеточного компрессора в двухпроходной конфигурации [21]. Исходный импульс вводится в одномодовый, сохраняющий поляризацию волоконный световод через микрообъектив здесь импульс спектрально уширяется и приобретает положительную частотную модуляцию по всей своей длине. Выходной импульс попадает на пару решеток, где он сжимается благодаря ее отрицательной дисперсии. Проходя пару решеток в противоположном направлении, импульс восстанавливает свое первоначальное поперечное сечение. Зеркало М[ слегка наклонено для того," чтобы разделить входной и выходной пучки. Зеркало Mj выводит сжатый импульс из компрессора без внесения каких-либо дополнительных потерь. [c.153]

Рис. 6.2. Схема волоконно-решеточного компрессора, действующего по двухпроходной схеме. Зеркало (показано штриховой линией) находится выше плоскости чертежа. Зеркало М, слегка наклонено для того, чтобы отделить отраженный луч от падающего.

При 7 < 50 фс на работу волоконно-решеточного компрессора накладывается еще более жесткое ограничение, связанное с тем, что пара решеток уже не действует как квадратичный компрессор. Для таких коротких импульсов ширина спектра настолько велика, что кубичный член в разложении (6,2.4) становится сравнимым с квадратичным, и его следует включить в уравнение (6.2.8), Численные результаты показывают [46], что значительная часть энергии в сжатых импульсах распространяются в форме осциллирующего заднего фронта (аналогично рис. 3.7). В результате коэффициент сжатия уменьшается по сравнению с рис. 6.4. Это ограничение является фундаментальным, и его можно обойти [20], лишь найдя способ [c.158]

Работу компрессора можно усовершенствовать, используя метод спектральной фильтрации [24], в котором для селектирования спектра импульса рядом с зеркалом М, на рис. 6.2 помещается соответствующая диафрагма. Метод спектральной фильтрации достаточно мощен [63-65], его можно использовать не только для того, чтобы улучшить работу волоконно-решеточных компрессоров, но и для того, чтобы управлять формой импульса, модифицируя спектр внутри компрессора. Это возможно, так как пара решеток пространственно разделяет спектральные компоненты, и их можно модифицировать (как по амплитуде, так и по фазе), используя маски, расположенные у зеркала М, на рис. 6.2. Метод спектральной фильтрации рассмотрен в следующем подразделе. [c.159]

Целью других экспериментов было достижение максимального коэффициента сжатия. Коэффициент сжатия 12 был достигнут в эксперименте [15], где 5,4-пикосекундные начальные импульсы лазера на красителе сжимались до 0,45 пс при этом использовался световод длиной 30 м. Большее значение коэффициента сжатия 65 было получено в двухкаскадной схеме компрессии, где импульсы последовательно сжимались в двух волоконно-решеточных компрессорах. В другом эксперименте [21] было осуществлено сжатие 33-пикосекунд-ных импульсов второй гармоники Nd YAG-лазера на 532 нм в однокаскадной схеме получен коэффициент сжатия 80. Данные импульсы проходили через световод длиной 105 м, за ним следовала пара решеток (оптимальное расстояние между ними = 7,24 м) в результате сжатые импульсы имели длительность 0,41 пс. В этом эксперименте использовалась двухпроходная схема сжатия (см. рис. 6.2) сейчас она общепринята. На рис. 6.6 показан сжатый импульс в сравнении с начальным. Соответствующие спектры аналогичны изображенным на рис. 4.12. Входная пиковая мощность 240 Вт соответст- [c.161]

В первом эксперименте на длине волны 1,06 мкм [22] 60-пикосе-кундные импульсы были сжаты в 15 раз после прохождения 10-метрового световода и пары решеток Ь 2,5 м). В другом эксперименте [23] был достигнут коэффициент сжатия 45 использовались световод длиной 300 м и компактная дисперсионная линия задержки из пары решеток. Обычно в сжатых импульсах на 1,06 мкм значительная доля энергии переносится в несжатых крыльях импульса, поскольку для уменьшения оптических потерь обычно используют меньшие длины световодов, чем те, которые предписаны уравнением (6.3.5). Когда дисперсионные эффекты не проявляются до конца, только центральная часть импульса имеет линейную частотную модуляцию и энергия в крыльях остается несжатой. Для устранения этих крыльев применяется метод спектральной фильтрации [24]. При этом используется тот факт, что крылья содержат спектральные компоненты крайних частот спектра импульса их можно устранить, помещая диафрагму (или фильтр) рядом с зеркалом М, на рис. 6.2. На рис. 6.7 сравниваются автокорреляционные функции сжатых импульсов, полученные со спектральной фильтрацией и без нее [64]. Начальные 75-пикосекундные импульсы были сжаты до 0,8 пс в обычном волоконно-решеточном компрессоре при этом коэффициент сжатия был более 90. При использовании метода спектральной фильтрации крылья в сжатом импульсе были устранены, при этом длительность импульса увеличилась лишь до 0,9 пс. Данный метод был использован для генерации импульсов заданной фопмы за счет использования специального амплитудно-фазового экрана вместо обычной диафрагмы [63-65]. Кроме того, для этих целей можно также использовать [66] модуляцию по времени импульсов с частотной модуляцией сразу на выходе из световода (до прохождения пары [c.162]

Трудно получить коэффипиенты сжатия более 100 для импульсов на длине волны 1,06 мкм, это обусловлено возникновением ВКР. В эксперименте [33] был достигнут коэффициент сжатия 110 60-пико-секундные импульсы при этом распространялись в 880-метровом световоде. Можно достичь даже больших значений степени сжатия, используя последовательность из двух волоконно-решеточных компрессоров [26, 31]. В эксперименте [31] 90-пикосекундные импульсы были сжаты до 0,2 пс при этом общий коэффициент сжатия составлял 450. В то же время пиковая мощность возросла с 480 Вт до 8 кВт. Каждый из компрессоров давал коэффициент сжатия 21. Необходимо упомянуть, что, хотя после первого компрессора в крыльях импульса была сосредоточена значительная доля энергии, импульсы после второго компрессора имели высокую контрастность. Причина заключалась в том, что импульсы имели различную начальную Длительность. 4,2-пикосекуп 1ные импульсы, вводимые во второй компрессор, достаточно коротки, и дисперсия способна линеаризо- [c.163]

В экспериментах [36-38] были получены коэффициенты сжатия 1000 при этом использовалось сжатие в две стадии, когда за волоконно-решеточным компрессором следовал солитонный компрессор. В этих экспериментах использовались 100-пикосекундные импульсы Nd YAG-лазера с синхронизацией мод, работающего на длине волны 1,32 мкм. На первой стадии использовался волоконнорешеточный компрессор здесь получены импульсы длительности порядка 1-2 ПС. Затем эти импульсы направлялись в солитонный компрессор длина световода при этом была тщательно подобрана, что позволило получить коэффициент сжатия порядка 50. В эксперименте [38] исходные 90-пикосекундные импульсы были сжаты до 18 фс (содержат только четыре оптических периода) при компрессии в две стадии, общий коэффициент сжатия составлял 5000. На рис. 6.10 [c.168]

Длительность импульсов излучения волоконного ВКР-лазера примерно такая же, как у импульсов накачки ( 100 пс). Однако из-за эффектов ФСМ и ФКМ эти импульсы частотно-модулированны, и, если в достаточно большой части импульса чирп линеен, они могут быть сжаты в волоконно-решеточном компрессоре (см. разд. 6.3). Важным достижением было получение импульсов длительностью [c.246]

На выходе системы формируются импульсы с длительностью 0,8 пс на стоксовой частоте (Х(,= 1,10 мкм). В этой схеме синхронно-накачи-ваемый волоконный световод играет роль активной среды и безынерционного фазового модулятора, а наличие решеточного компрессора позволяет стабилизировать длительность выходного импульса на минимальном уровне. Минимальная длительность в подобных устройствах ограничивается шириной полосы рамановского усиления и может быть, в принципе, доведена до 100 фс. [c.217]

Использование световодов с различными знаками дисперсии групповой скорости позволяет создавать чисто волоконные схемы сжатия, не требуюш,ие применения решеточных компрессоров [55]. Первый отрезок световода используется в качестве фазового модулятора, второй — распределенного нелинейного компрессора. В теоретической работе [56] выявлены оптимальные режимы работы таких схем и показано, что их можно использовать для преобразования многосоли-тонных импульсов накачки в мош,ные односолитонные импульсы. [c.262]

Чтобы преодолеть эти недостатки, в [59] была создана схема сжатия, в которой кристалл-удвоитель помещ,ается между волоконным световодом и решеточным компрессором. Напомним, что в бездиспер- [c.262]

Схема экспериментальной установки представлена на рис. 6.18. Лазер, работаюш,ий в сдвоенном режиме, генерировал цуги импульсов с частотой повторения 2 кГц (1=1,06 мкм, т = 100 пс, Ро=1 МВт). Основными элементами волоконно-оптического компрессора служили одномодовый волоконный световод длиной 1 м, кристалл КТР и голо-графическая дифракционная решетка. Варьирование длины кристалла-удвоителя Lkp (2, 5, 8 и 11 мм) позволяло изменять ширину полосы спектрального синхронизма. На рис. 6.18 приведены корреляционные функции интенсивности второй гармоники, измеренные до (а) и после (б) сжатия в решеточном компрессоре. Видно, что увеличение от 2 до 11 мм приводит к уменьшению длительности частотно-модулиро-ванных импульсов на выходе кристалла с 62 до 30 пс. При этом длительность сжатых импульсов растет с 1,1 до 2,8 пс, но снижение степени сжатия компенсируется повышением контраста и уменьшением флуктуаций длительности с 30 до 10 %. Отметим, что простым поворотом кристалла-удвоителя осуш,ествляется плавная перестройка частоты излучения в пределах уширенного в световоде спектра (Av = [c.264]

Рис. 6.22. Схема экспериментальной установки для генерации мощных пикосекундных импульсов 1 — задающий генератор, выполненный в виде YAG Nd + лазера с активной синхронизацией мод, 2 — волоконный световод длиной 1,4 км, 3 — регенеративный усилитель, 4 — двухпроходный решеточный компрессор приведены временные распределения интенсивности и частоты в характерных точках схемы [72]

На рис. 1.22 показана схема экспериментальной установки, для генерации мощных пикосекундных импульсов, в состав которой входит квази-непрерывный лазер на М(1 УАС с активной синхронизацией мод, одномодовый волоконный световод (длина 1,4 км, диаметр сердцевины 9 мкм), регенеративный усилитель на стекле с неодимом и двухпроходный решеточный компрессор [24]. При самовоздействии в световоде длительность импульса задающего генератора возрастает со 150 до 300 пс, а ширина спектра увеличивается до 5 нм. [c.59]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...