Optischer Strahlengang für rechteckigegepulste Laser
Überblick über die Gestaltung des optischen Pfades
Ein passiver, modengekoppelter, dissipativer Soliton-Resonanzlaser mit Thulium-Dotierung, basierend auf einer nichtlinearen Faserringspiegelstruktur.
2. Beschreibung des optischen Pfades
Der dissipative Soliton-Resonanz-Thulium-dotierte ZweiwellenlängenFaserlaserweist eine Hohlraumstruktur in Form einer „8“ auf (Abbildung 1).
Der linke Teil bildet die unidirektionale Hauptschleife, der rechte Teil eine nichtlineare optische Faserringspiegelstruktur. Die linke unidirektionale Schleife umfasst einen Bündelteiler, eine 2,7 m lange Thulium-dotierte optische Faser (SM-TDF-10P130-HE) und einen 2-µm-Band-Faserkoppler mit einem Kopplungsfaktor von 90:10. Weiterhin enthält sie einen polarisationsabhängigen Isolator (PDI), zwei Polarisationsregler (PC) und eine 0,41 m lange polarisationserhaltende Faser (PMF). Die nichtlineare optische Faserringspiegelstruktur auf der rechten Seite wird durch Einkopplung des Lichts der linken unidirektionalen Schleife in den rechtsseitigen nichtlinearen Faserringspiegel mittels eines 2×2-Strukturkopplers mit einem Koeffizienten von 90:10 realisiert. Diese Struktur besteht aus einer 75 m langen optischen Faser (SMF-28e) und einem Polarisationsregler. Zur Verstärkung des nichtlinearen Effekts wird eine 75 Meter lange Singlemode-Glasfaser verwendet. Hierbei kommt ein 90:10-Glasfaserkoppler zum Einsatz, um die nichtlineare Phasendifferenz zwischen Ausbreitung im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn zu erhöhen. Die Gesamtlänge dieser Zweiwellenlängenstruktur beträgt 89,5 Meter. In diesem Versuchsaufbau durchläuft das Pumplicht zunächst einen Strahlverteiler, um das Verstärkungsmedium, die Thulium-dotierte Glasfaser, zu erreichen. Nach der Thulium-dotierten Glasfaser ist ein 90:10-Koppler angeschlossen, der 90 % der Energie im Resonator zirkulieren lässt und 10 % aus dem Resonator ausleitet. Gleichzeitig dient ein doppelbrechender Lyot-Filter, bestehend aus einer polarisationserhaltenden Glasfaser zwischen zwei Polarisationsreglern und einem Polarisator, der die spektralen Wellenlängen filtert.
3. Hintergrundwissen
Derzeit gibt es zwei grundlegende Methoden zur Steigerung der Pulsenergie von gepulsten Lasern. Der erste Ansatz besteht in der direkten Reduzierung nichtlinearer Effekte, beispielsweise durch die Verringerung der Pulsspitzenleistung mittels verschiedener Verfahren wie Dispersionsmanagement für gestreckte Pulse, Riesen-Chirp-Oszillatoren und Strahlteilungs-Pulslaser. Der zweite Ansatz sucht nach neuen Mechanismen, die eine höhere nichtlineare Phasenakkumulation tolerieren, wie etwa Selbstähnlichkeit und Rechteckpulse. Die oben genannten Methoden können die Pulsenergie von Lasern erfolgreich verstärken.gepulster Laserbis zu einigen zehn Nanojoule. Die dissipative Solitonenresonanz (DSR) ist ein Mechanismus zur Erzeugung rechteckiger Impulse, der erstmals 2008 von N. Akhmediev et al. vorgeschlagen wurde. Charakteristisch für DSR-Impulse ist, dass bei konstanter Amplitude die Impulsbreite und -energie des nicht-wellenaufspaltenden Rechteckimpulses mit zunehmender Pumpleistung monoton ansteigen. Dies überwindet bis zu einem gewissen Grad die Beschränkung der traditionellen Solitonentheorie auf die Einzelimpulsenergie. Dissipative Solitonenresonanz lässt sich durch die Erzeugung gesättigter und inverser gesättigter Absorption, wie beispielsweise durch den nichtlinearen Polarisationsrotationseffekt (NPR) und den nichtlinearen Faserringspiegeleffekt (NOLM), erzielen. Die meisten Berichte zur Erzeugung von DSR-Impulsen basieren auf diesen beiden Modenkopplungsmechanismen.
Veröffentlichungsdatum: 09.10.2025