Optischer Pfadentwurf des 66-Femtosekunden-Modengekoppelter Laser
Dieser 66-Femtosekunden-Modenkopplungslaser ist ein linearer, polarisationserhaltender Ytterbium-dotierter Faserlaser mit einem nichtreziproken Phasenschieber. Er erreicht eine Grundfrequenzkopplung von 147 MHz. Durch Anpassen des Gitterabstands werden eine spektrale Breite von 39,8 nm und eine Pulsdauer von 66 fs nach externer Kompression erzielt. Bei hoher Pumpleistung werden Modenkopplung zweiter und dritter Harmonischer mit Wiederholfrequenzen von 294,1 MHz bzw. 442,3 MHz erreicht.
Beschreibung des optischen Pfades:
Der Resonator besteht aus den räumlichen optischen Komponenten auf beiden Seiten und dem polarisationserhaltenden Faserteil in der Mitte. Die linke räumliche Komponente umfasst einen Totalreflexionsspiegel (M1), eine λ/8-Wellenplatte (EWP) und einen Faraday-Rotator (FR). Die Kombination aus EWP und FR dient als nichtreziproker Phasenschieber und erzeugt eine nichtreziproke Phasenverschiebung, wodurch die Selbststartfähigkeit verbessert wird. Der Faserteil besteht aus einem kundenspezifischen integrierten Wellenlängenmultiplex-Kollimator (WDM-Kollimator), einer 62 cm langen, Ytterbium-dotierten, polarisationserhaltenden Faser (Yb401-PM, CORACTIVE) und einem optischen Faserkollimator (Col). Die Verstärkungsfaser wird mit einer 976 nm-Einmodenlaserdiode (LD) mit einer maximalen Pumpleistung von 1,4 W gepumpt. Der rechte Teil des Resonators besteht aus einer Halbwellenplatte (HWP), einem Polarisationsstrahlteiler (PBS), einem Gitterpaar (LightSmyth T-1000-1040-3212-94) und einem Totalreflexionsspiegel (M2). Das Transmissionsgitterpaar mit einer Liniendichte von 1000 Linien/mm dient der Dispersionskompensation im Resonator. Der Abstand zwischen den beiden Gittern lässt sich mittels eines Positioniertisches einstellen. Die Freiraumlänge vom Kollimator zu den beiden Reflexionsspiegeln beträgt beidseitig 5,5 cm bzw. 6,5 cm.Lasergibt vom PBS linear polarisierte Impulse aus.
Funktionsprinzip:
Der anfängliche, normierte Puls, der durch die Intrakavitätsschleife geleitet wird, startet am PBS und wird zu M1 übertragen. Zunächst zerlegt die HWP den Puls in zwei orthogonale Komponenten, die anschließend in die polarisationserhaltende optische Faser eintreten und sich entlang der schnellen und langsamen Achse ausbreiten. Das Intensitätsverhältnis der Pulse entlang der beiden orthogonalen Achsen wird durch den Drehwinkel (θh) der HWP bestimmt. Während der Ausbreitung in der optischen Faser verursachen nichtlineare Effekte aufgrund der asymmetrischen Intensität der orthogonal polarisierten Pulse intensitätsabhängige, nichtlineare Phasenverschiebungen. Der Endspiegel M1 ermöglicht es den orthogonalen Pulsen, den Phasenschieber zweimal zu passieren und in die polarisationserhaltende optische Faser zurückzukehren. Die orthogonalen Pulse erfahren eine nichtreziproke Phasenverschiebung von π/2 und tauschen ihre Ausbreitungsachse. Die Gruppenlaufzeitdifferenz zwischen den orthogonal polarisierten Pulsen kompensiert den Ablenkungseffekt. Schließlich akkumuliert der Puls unterschiedliche nichtlineare Phasenverschiebungen und interferiert am PBS. Als Polarisator lässt der PBS die Pulse mit dem gewünschten Polarisationszustand passieren, während der Rest aus dem Resonator reflektiert wird. Dieser Vorgang fungiert in diesem linearen Resonator als künstlicher sättigbarer Absorber.optischer LaserBei weiterer Verringerung des Gitterabstands auf 3,2 mm wird die linke Flanke des Spektrums deutlich steiler. In diesem Fall ist die Nettodispersion des Resonators positiv, und es wird eine maximale Einzelpulsenergie von 3,57 nJ erreicht. Die durch externe Kompression des Pulses mit der größten spektralen Breite von 39,8 nm erhaltene Pulsselbstkorrelationsspur wird mit einer Gauß-Funktion gefittet, deren Dauer 66 fs beträgt.
Veröffentlichungsdatum: 25. Februar 2026