Fiber Laser Based on Electronically Controlled Phase Plates

Abstract

Досліджено фізичні принципи синхронізації мод в волоконних лазерах для вихідного випромінювання з тривалістю імпульсу фемтосекундного порядку. З проведеного аналізу можна зробити висновок, що найбільш ефективним методом створення кільцевого волоконного лазера з ультракороткими імпульсами є метод еволюції нелінійної поляризації, який характеризується простими налаштуваннями виходу на режим і його стійкістю. Проведено теоретичні та експериментальні дослідження рідкокристалічних комірок для управління поляризацією випромінювання лазера. Для нематичних плоских рідкокристалічних комірок існує напруга відсічення, яка становить 2,2-2,5 В для комірки, описаної в даній роботі. При вивченні взаємодії лазерного випромінювання з коміркою було виявлено, що кут орієнтації поляризації в просторі змінюється від 0 до 90° при прикладенні напруги від 2,2 до 10 В. При прикладенні напруги більше 10 В, комірка "насичується", і кут повороту поляризації змінюється дуже мало, при прикладенні напруги більше 10 В може відбутися електричний пробій рідкокристалічного шару. Проведено теоретичне моделювання синхронізації мод в кільцевому волоконному лазері. А саме, було вивчено формування вихідних лазерних імпульсів при різних положеннях хвильових пластин або подачі напруги на рідкокристалічну комірку. Теоретично лазер може генерувати як безперервному, так і квазіімпульсному режимі. Створено експериментальний зразок волоконного лазера з синхронізацією мод за допомого рідкокристалічних комірок, який має наступні параметри: тривалість імпульсу фемтосекундного порядку, довжина хвилі випромінювання 1550 нм. Ці параметри дають перевагу при використанні лазера для високошвидкісної передачі даних по оптоволоконних лініях зв'язку і квантової криптографії.

The physical principles of mode locking in fiber lasers for output radiation with a pulse duration of the femtosecond order have been studied. From the analysis performed, it can be concluded that the most effective method for the development of a ring fiber laser with ultrashort pulses is the method of nonlinear polarization evolution, which is characterized by simple settings for reaching the regime and stable mode locking. Short pulse durations were obtained by means of this method. A theoretical and experimental study of an LC cell for controlling laser polarization has been carried out. For nematic planar LC cells, there is cut-off voltage, which is 2.2-2.5 V for the cell described in this work. When studying the interaction of laser radiation with the cell, it was found that the angle of polarization state in space changes from 0 to 90° when a voltage is applied from 2.2 to 10 V. When a voltage of more than 10 V is applied, the cell is “saturated” and the angle of polarization rotation changes very little, and when a voltage of more than 10 V is applied, an electrical breakdown of the LC layer may occur. A theoretical simulation of mode locking in a ring fiber laser has been carried out. Namely, the formation of output laser pulses at different positions of the wave plates or voltage supply to the liquid crystal cell has been studied. Theoretically, the laser has the ability to generate both continuous and quasi-pulse modes. An experimental prototype of a fiber laser with mode locking by liquid crystal cells has been developed, which has the following parameters: pulse duration of the femtosecond order, radiation wavelength of 1550 nm. These parameters give an advantage in the use of a laser for high-speed data transfer over fiber communication lines and quantum cryptography.