Мамышевские генераторы (МО) — это тип волоконного лазера, способный генерировать лазерные импульсы высокой энергии с настраиваемой частотой повторения. Это лазер с синхронизацией мод, который использует свет, движущийся в резонаторе с замкнутым контуром, для создания лазерного излучения.
Гармоническая синхронизация мод (ГСМ) — это усовершенствованная форма процесса синхронизации мод, при которой в одном цикле прохождения света генерируется несколько лазерных импульсов. Генераторы, использующие ГСМ, применяются в различных областях, таких как оптическая связь, частотная метрология и микрообработка.
Понимание динамики накопления света в ГСМ в таких лазерах экспериментально затруднено. В недавнем исследовании, опубликованном в Journal of Lightwave Technology, учёные из Хунаньского университета (Китай) изучили динамику накопления ГСМ в полностью волоконном эрбиевом МО. Они успешно получили выходные импульсы ГСМ разных порядков.
Сигнал-шум всех гармонических последовательностей импульсов из полностью волоконного МО превысил 80 дБ, что демонстрирует высокую стабильность выходного сигнала. Более того, они исследовали переходные процессы во время запуска ГСМ в МО.
Динамика запуска ГСМ в МО, охарактеризованная методом временно-растягивающего дисперсионного преобразования Фурье (ВР-ДПФ), показала, что генерация ГСМ обусловлена не столько эффектом расщепления одиночного импульса, сколько усилением нескольких импульсов-зародышей в генераторе.
Используя тщательно спланированные эксперименты, исследователи выявили пять отдельных сверхбыстрых фаз, которые происходят между введением импульсов-зародышей в полость лазера и стабильным излучением импульсов ГСМ из МО. Эти фазы включают релаксационные колебания, работу с несколькими импульсами, восстановление коллапса импульсов, нестабильное состояние ГСМ и стабильное состояние ГСМ.
Примечательно, что выявленный процесс генерации стабильного ГСМ отличался от традиционного эффекта расщепления импульса, который, как считалось, приводит к динамике лазерного излучения в МО. Экспериментальные данные были дополнительно подтверждены с помощью численного моделирования.
Используя метод ВР-ДПФ, учёные отслеживали эволюцию спектров внутри полости МО в режиме реального времени и проводили детальный анализ динамического процесса во время запуска ГСМ. Наблюдения показали, что генерация ГСМ в МО обусловлена не столько традиционным эффектом расщепления одиночного импульса, сколько усилением нескольких импульсов-зародышей в генераторе.
«Наши экспериментальные и результаты моделирования показали, что в этих условиях начальные импульсы-зародыши в полости эволюционируют в стабильные независимые импульсы посредством таких процессов, как усиление усиления и перераспределение энергии, что в итоге приводит к стабильному состоянию ГСМ в резонаторе», — отмечает доктор Ли.
«Результаты нашего исследования могут углубить понимание работы ГСМ в МО и предложить активный способ управления переходной динамикой импульсов в высокопроизводительных сверхбыстрых лазерных системах», — добавляет он.
В целом, это исследование расширило наше понимание динамики накопления света в МО, особенно для передовых лазеров, использующих ГСМ. Кроме того, исследование ставит под сомнение традиционное понимание процесса накопления и излучения света в МО.
Помимо разъяснения основных физических принципов, результаты исследования могут привести к улучшению конструкции МО, что расширит их использование в различных областях.
Предоставлено Институтом инженеров электротехники и электроники.