的时刻颤动(Timing Jitter)指的是脉冲包络相关于抱负时刻方位的误差,关于无反应的锁模
飞秒锁模激光器的时刻颤动一般都在飞秒(10^-15)量级乃至阿秒(10^-18)量级,远低于微波信号源,并在锁模激光器噪声理论加快速度进行开展的推进下,低颤动的飞秒锁模激光器已在X射线自由电子激光、光子模数转化、泵浦勘探试验等范畴具有广泛的使用。不同于飞秒固体激光器的光光转化功率较低、设备额定的水冷结构、受环境扰动的空间耦合等局限性,飞秒光纤激光器散热功能强、单通增益高、增益带广阔、结构严密相连,并且跟着飞秒光纤激光器时刻颤动特性不断被优化,其实用性取得进一步扩展。
一般,光纤激光器完成锁模的办法首要有三种:非线性偏振旋转(Nonlinear Polarization Rotation,NPR)、可饱和吸收体(Saturable Absorber,SA)和非线性环形镜(Nonlinear Amplifying Loop Mirror,NALM)等锁模。根据NPR的锁模激光器易受温度、压力、振荡等环境条件的影响,导致锁模状况产生显着的改动乃至会彻底失掉锁模;根据SA的锁模激光器,其损害阈值较小,更重要的是其光谱受SA弛豫时刻的影响,与NPR比较,载波包络偏移频率(fceo)的固有相位噪声和时刻颤动更大;根据NALM锁模的全保偏规划和全光纤结构,极大进步了激光器的安稳性,逐步受到了广阔科研工作者们的喜爱,常见根据NALM锁模光纤激光器的结构相似数字“8”,也被称为“8”字腔锁模,受限于腔中需求较长的光纤来堆集足够多的非线性相移确保锁模,该办法难以输出高重频的脉冲。在“8”字腔的基础上,可进一步缩短腔长来进步重频,典型“9”字腔结构如图2所示。
最近德国DESY的研究人员根据“9”字腔结构成功搭建了一套低时刻颤动、高安稳性的掺钬振荡器,重频为41．6MHz,脉冲宽度为1．3ps,脉冲能量为140pJ,波长可在2035～2075nm之间调谐[2]。该设备由一个主环和一个线性臂组成,详细设备如图3所示,脉冲经过分光比为50:50的耦合器后,以相同光强别离以顺时针(clockwise,cw)和逆时针(counterclockwise,ccw) 方向在主环中传输,为了补偿缩短腔长而不能堆集足够多的非线性相移完成安稳锁模的缺点,该设备采用了两个法拉第旋转器和一个1/4波片,则cw和ccw光经过之后两脉冲之间会有π/2的相位差,且各自的偏振方向旋转了90°,经过PBS之后持续在主环中传输,初始相移的引进极大进步了锁模的成果。脉冲再经过耦合器之后,中心强壮的部分透射率高进入线性臂中持续传输,边际强度较弱的部分会被反射进入rejection端,经过屡次的传输和反射,终究在output端输出安稳的锁模脉冲。
值得注意的是,在设备的线性臂上有一个由铜块、压电陶瓷和反射镜组成的快速PZTM,完成高带宽和长距离空腔长度操控;还有一个可长距离驱动的光纤准直器(C3)用于慢速操控腔长。一起,可经过调整带通滤波器(OBPF)的歪斜视点改动它的透射曲线nm的调谐规模和凯利边带的按捺,相应地在该频谱规模内得到的脉冲宽度在1．1～1．3ps规模,输出脉冲的时域和频谱图如图4所示。
为了验证该振荡器的相对强度噪声(Relative Intensity Noise,RIN) 首要源自于泵浦源,作者采用了两组不同的泵浦源:(1)Pump A (1938nm,10W)以自由空间的方法耦合进入主环中和(2)Pump B (1950nm,5W)用单模光纤耦合进主环,在不同的泵浦条件下,得到该振荡器的RIN如图5所示。
从图5a)所示,泵浦源的噪声特性会转移到振荡器中,在低频处振荡器RIN会跟着各自泵浦的RIN而改动,在高频处振荡器的RIN会逐步下降逐步挨近本身的量子极限噪声;从图5b)可得,在10Hz～1MHz中,振荡器的RIN水平别离为0．11%(A)和0．12%(B)以及泵浦源的RIN水平别离为3．7%(A)和5．8%(B)。
终究,作者经过将该振荡器做射频同步锁相处理,在确诊输出端(见图3 diagnostics端)滤出73rd谐波在全数字环路滤波器中进行数字化处理,随后该操控信号反应到执行器中进行腔长快速的移动,得到相位噪声和时刻颤动如图6所示。
经过比照不进行射频同步锁相处理和同步处理,前者的相位噪声大多数来历于于泵浦源的RIN,进行同步处理后振荡器的相位噪声远小于前者,终究经过核算得到在10Hz～1MHz中,振荡器的时刻颤动为45fs。综上,根据NALM锁模的低颤动超快光纤振荡器表现出优胜的功能,信任会在电子加快试验、X射线自由电子激光设备中发挥更超卓的效果。
原文标题:超快光纤激光技能之二十三 根据NALM锁模的低噪声超快光纤振荡器
