Компактная волоконно-оптическая лазерная система для генерации оптических солитонов, плавно перестраиваемых в диапазоне длин волн 1,55–2,1 мкм

Создана компактная волоконно-оптическая лазерная система, позволяющая генерировать солитонные импульсы длительностью менее 90 фс, плавно перестраиваемые в диапазоне длин волн от 1,55 до 2,1 мкм. В ее основу положено рамановское преобразование частоты ультракоротких импульсов в кварцевых световодах с переменной по длине дисперсией. Перестройка в рекордно широкой полосе достигается выбором закона убывания дисперсии групповой скорости вдоль световода, при котором адиабатическая компрессия импульса обеспечивает высокий темп рамановского преобразования частоты вдоль всей трассы распространения.

Аннотация:
Предложена новая схема осуществления сверхширокополосной частотной перестройки квазисолитонного оптического импульса в средах с переменной вдоль трассы распространения дисперсией. В основу частотного преобразования положено рамановское преобразование частоты ультракороткого импульса, когда спектр сигнала плавно перестраивается по мере его распространения. Несмотря на энергетические потери, широкая частотная перестройка может достигаться выбором такого закона изменения дисперсии, что влияние двух нелинейных эффектов – адиабатической компрессии солитонного импульса, приближающегося к точке нулевой дисперсии, и его частотной самоотстройки, позволяющей оставаться импульсу в области аномальной дисперсии – поддерживает высокий темп преобразования частоты по всей длине распространения. Данная схема реализована на основе волоконно-оптической системы с использованием кварцевых волокон с переменной дисперсией.

Оптическая система состоит из волоконного эрбиевого задающего генератора, работающего в режиме пассивной синхронизации мод, волоконного эрбиевого усилителя с накачкой двумя лазерными диодами и нелинейного световода с переменной по длине дисперсией. Экспериментально продемонстрировано, что при соответствующем задании закона изменения дисперсии световода возможен режим распространения оптических солитонов, плавно перестраивающихся в интервале длин волн шириной более 500 нм. Выполнено численное моделирование нелинейной динамики оптических импульсов в указанных условиях, хорошо согласующееся с проведенными экспериментами и позволившее выработать соответствующую рекомендацию по закону изменения дисперсии вдоль световода. При найденном законе убывания дисперсии групповой скорости получена перестройка в диапазоне вплоть до 2,1 мкм.

Таким образом, созданная компактная волоконно-оптическая лазерная система позволяет генерировать фемтосекундные импульсы длительностью менее 90 фс, перестраиваемые в диапазоне длин волн 1,55–2,1 мкм. Средняя мощность импульсов в диапазоне длин волн от 1,8 до 2,1 мкм, которые могут быть дополнительно усилены волоконным тулиевым усилителем, составляла 60 мВт.

Авторы: А. В. Андрианов, А. В. Ким, С. В. Муравьев (ИПФ РАН), А. А. Сысолятин (НЦВО РАН)