Completo C

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 3623 (2023) Citar este artigo

652 Acessos

Detalhes das métricas

Demonstramos um laser de fibra de modo bloqueado ajustável em comprimento de onda de banda C completo com uma taxa de repetição de 250 MHz, representando a maior taxa de repetição para lasers bloqueados de modo ajustável de banda C até agora, até onde sabemos. A cavidade Fabry-Perot baseada em fibra de manutenção de polarização permite uma taxa de repetição fundamental de 250 MHz com um espelho absorvedor saturável de semicondutor como um bloqueio de modo. Observamos um estado de bloqueio de modo sóliton estável e único com ampla sintonização do comprimento de onda central de 1505 a 1561 nm ajustando o ângulo de incidência de um filtro passa-faixa dentro da cavidade. Espera-se que o laser de modo bloqueado de alta taxa de repetição ajustável em comprimento de onda que cobre toda a banda C seja uma fonte atraente para muitas aplicações baseadas em pente de frequência, incluindo metrologia óptica de alta precisão, espectroscopia de absorção de banda larga e frequência óptica de banda larga sintetizadores.

Os lasers de modo bloqueado de alta taxa de repetição, dadas suas características únicas de pulso ultracurto, alta potência de pico e amplo espectro, desempenharam papéis importantes em várias aplicações, incluindo geração de pente de frequência1, transferência e sincronização remota de temporização2, espectroscopia de banda larga3 , geração de micro-ondas4, metrologia de comprimento5,6,7,8, metrologia de superfície9 e observações de fenômenos ultrarrápidos10. Em particular, os lasers de modo bloqueado baseados em fibra têm sido amplamente utilizados como uma ferramenta prática devido à sua confiabilidade, compacidade e baixo custo11.

Para criar um laser de modo bloqueado de alta taxa de repetição, os métodos comuns são o bloqueio de modo harmônico e o encurtamento do comprimento da cavidade. No primeiro método, garantir a operação estável do bloqueio do modo harmônico envolve muitos desafios técnicos relacionados ao ruído do supermodo, como uma baixa relação sinal-ruído e degradação do jitter de temporização do pulso12. Ao contrário do bloqueio do modo harmônico, aumentar a taxa de repetição fundamental enquanto reduz o comprimento da cavidade pode gerar pulsos ultracurtos de forma estável com melhor pureza espectral e jitter de temporização13. Com relação aos lasers de fibra, eles são comumente projetados com uma cavidade de Fabry-Perot porque alguns componentes podem ser colocados fora da cavidade14.

O bloqueio de modo é comumente realizado por evolução de polarização não linear (NPE)15 e um absorvedor saturável real (SA)16. A técnica NPE apresenta vantagens em relação às características dos pulsos, como geração de pulsos ultracurtos e amplo espectro. No entanto, a operação pronta para uso dificilmente funciona para lasers de modo bloqueado baseados em NPE. Ao contrário da técnica NPE, SAs, que são baseados em materiais de absorção saturáveis ​​e demonstrados com semicondutores17, nanotubos de carbono18, grafeno19 e materiais 2D20, oferecem as vantagens de operação pronta para uso e bloqueio de modo automático. SAs são adequados para lasers de modo bloqueado de alta taxa de repetição porque requerem apenas uma pequena área na cavidade. Os lasers de modo bloqueado baseados em SA são normalmente operados no regime de pulso soliton, onde a dispersão líquida da cavidade e a automodulação de fase são bem equilibradas21. No entanto, em comparação com os lasers de modo bloqueado baseados em NPE, os lasers de modo bloqueado baseados em SA têm uma largura de pulso mais ampla e uma largura de banda espectral mais estreita. Normalmente, os lasers de modo bloqueado baseados em SA têm durações de pulso de algumas centenas de femtossegundos e larguras de banda espectrais de alguns nanômetros na banda C22. Para gerar um espectro óptico de banda larga e um pulso ultracurto, o alargamento espectral baseado em fibra não linear com amplificação de potência é explorado como um método comum. Em vez do método complicado e oneroso de alargamento espectral não linear, ajustar o comprimento de onda central de um laser de modo bloqueado é uma alternativa viável para cobrir uma ampla faixa espectral por meio de uma abordagem simples.

A Figura 1 apresenta uma visão geral dos resultados do laser de fibra de modo bloqueado ajustável de banda C em termos da faixa de ajuste do comprimento de onda central e taxa de repetição de pulso em uma escala logarítmica18,23,24,25,26,27,28,29,30 ,31,32,33,34,35. Os lasers de fibra de modo bloqueado ajustável por comprimento de onda operando na banda C foram demonstrados com várias maneiras de ajustar o comprimento de onda central, incluindo um filtro de massa ajustável18,23,26,35, um efeito de birrefringência de cavidade intrínseca24,29,33,34, uma grade extensível25, uma grade de fibra inclinada em 45°27,31, um efeito de interferência de supermodo28 e uma grade com abertura de afinação30,32. Até agora, os lasers de modo bloqueado sintonizáveis ​​da banda C só foram demonstrados em taxas de repetição abaixo da faixa de dezenas de MHz, enquanto a faixa sintonizável do comprimento de onda central já cobre toda a banda C. Esses tipos de lasers de modo bloqueado com baixa taxa de repetição são adequados para usinagem a laser e amplificação de alta potência, mas suas taxas de repetição ainda são muito baixas para a maioria das aplicações de metrologia óptica baseadas em pente de frequência13,36.