반도체 광 증폭기를 이용한 펄스 광섬유 레이저의 비선형 스펙트럼 조정 가능성

Mar 07, 2024

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 13799(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

우리는 이득 매질로 SOA(반도체 광 증폭기)를 사용하여 펄스 광섬유 레이저의 방사선 스펙트럼 특성을 조사합니다. 캐비티의 섬유 전파 효과, SOA의 비선형 효과 및 스펙트럼 필터링 간의 상호 작용으로 인해 발생하는 복잡한 광 역학은 생성된 방사선을 필터의 중심 파장에서 이동시킵니다. 출력 방사선의 결과 파장은 SOA 펌프 전력과 공동 내 필터의 대역폭에 따라 달라집니다. 이는 기존의 조정 가능한 필터를 사용하는 대신 비선형 동역학을 통해 생성된 펄스의 스펙트럼 조정 가능성을 제공합니다.

다양한 최신 레이저의 특성은 공진기의 비선형 효과로 인해 발생하는 중요한 광 역학에 의해 정의됩니다. 비선형성은 캐비티를 따라 분포되거나(예: Kerr 효과 또는 광섬유의 비선형 편광 회전) 일부 요소(예: 공진기 길이에 비해 작은 규모의 포화 흡수체 또는 비선형 증폭기)의 점형 동작에 의해 생성될 수 있습니다. ). 비선형 효과는 제어하기 쉽지 않지만 다양한 새로운 레이저 소스1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11를 개발할 수 있는 풍부한 가능성을 제공할 수 있습니다.

SOA는 소형 크기, 넓은 이득 대역폭, 주입 전류 제어를 통한 직접 이득 변조 가능성 등 다양한 매력적인 특성을 갖춘 잘 확립된 실용적인 광학 장치입니다. SOA는 광 신호 처리12, 파장 분할 다중화(WDM), 광 시분할 다중화(OTDM)13, 파장 스위칭14, 광 클록 복구15,16, 저잡음, 높은 비트율 광 샘플링17 및 다른 사람.

더욱이 SOA는 전통적인 광통신과 반도체 레이저를 넘어서는 응용 분야에도 유망합니다. 예를 들어, 희토류 도핑 활성 섬유 대신 섬유 레이저의 이득 매체로 사용될 수 있습니다. 우리가 아는 한, SOA 기반 레이저에 관한 최초의 출판물은 70년대 후반에 나타나기 시작했습니다18,19,20,21,22,23,24,25. Matsumoto와 Kumabe18은 필박스 유형과 원형 유형을 포함한 다양한 3차원 도파관 구조를 갖춘 AlGaAs-GaAs 링 레이저를 시연했습니다. 광섬유 복합 공동 레이저, 모드 잠금 레이저를 포함한 반도체-광섬유 링 레이저는 선구적인 연구에서 연구되었습니다. 반도체-광-섬유 링 레이저의 선폭에 대한 이론은 능동 및 수동 공동에 대한 결합 속도 방정식을 사용하여 26에서 개발되었습니다. SOA 기반 모드 잠금 레이저는 수백 펨토초 정도의 초단 펄스를 생성할 수 있습니다. 모드 잠금은 외부 광학 비-영 복귀 데이터 주입을 통해 달성되었습니다. 링 캐비티 광섬유 레이저28에서는 피코초 미만의 광 펄스가 생성되었으며, 여기서 SOA의 비선형 편광 진화는 모드 잠금 메커니즘으로 사용되었습니다. In29에서는 외부 압축기에서 274fs까지 압축할 수 있는 펄스를 생성하는 링 캐비티가 있는 모드 잠금 레이저가 제공됩니다. Hech et al. 모드 잠금 반도체 링 레이저에서 1550nm에서 펄스 지속 시간이 300fs까지인 펄스를 생성할 가능성을 입증했습니다. 이 체계에는 SOA와 InP/InGaAsP 기술을 기반으로 하는 포화 흡수 장치는 물론 주파수 분산을 제공하는 수동 구성 요소도 포함됩니다. Nyushkovet al. 주입 전류 펄스 및 광 펄스 생성의 제어 가능한 모양을 사용하여 SOA 변조를 통해 모드 잠금된 광섬유 레이저를 시연했습니다. 8개의 SOA 기반 광섬유 레이저가 33,34에서 조사되었습니다. 펄스 반복률은 SOA의 주입 전류에 거의 선형적으로 의존하며 30MHz에서 12.02GHz까지 넓은 범위에서 달라질 수 있다는 것이 34에서 관찰되었습니다. 1.7GHz의 반복률에서 거의 절반의 듀티 사이클을 갖는 펄스 트레인을 생성하는 자체 시작 수동 고조파 모드 잠금 레이저가 33에서 시연되었습니다. 펄스 방사선을 생성하기 위해 광섬유 공진기와 SOA를 결합하면 빛의 비선형 역학을 기반으로 시스템을 설계할 수 있는 흥미로운 가능성도 제공됩니다.