Генератор Мамышева (МО) — это тип волоконного лазера, способный генерировать высокоэнергетические лазерные импульсы с настраиваемой частотой повторения. Это лазер с синхронизацией мод, в котором для генерации лазерного излучения используется свет, движущийся в резонаторе с замкнутым контуром.
Гармоническая синхронизация мод (ГСМ) — это усовершенствованная форма процесса синхронизации мод, при которой в одном цикле прохождения света генерируется несколько лазерных импульсов. Генераторы Мамышева, 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.
В этих результатах отношение сигнал/шум всех последовательностей гармонических импульсов из полностью волоконного МО превысило 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
Динамика запуска ГСМ в МО, охарактеризованная методом временно-растягивающего дисперсионного преобразования Фурье (ВР-ДПФ), показала, что генерация ГСМ определяется не эффектом расщепления одиночного импульса, а усилением нескольких импульсов-зародышей в генераторе.
Используя тщательно спланированные эксперименты, исследователи выявили пять отдельных сверхбыстрых фаз, которые происходят между введением импульсов-зародышей в резонатор лазера и стабильной эмиссией импульсов ГСМ из МО. Эти фазы включают релаксационные колебания, работу с мультиимпульсами, 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 резонатора МО в режиме реального времени и выполняли детальный анализ динамического процесса во время инициирования ГСМ. Наблюдения показали, что генерация ГСМ в МО определяется не традиционным эффектом расщепления одиночного импульса, а усилением нескольких импульсов-зародышей в генераторе.
«Наши экспериментальные и результаты моделирования показали, что в этих условиях начальные импульсы-зародыши в резонаторе эволюционируют в стабильные независимые импульсы посредством таких процессов, как усиление усиления и перераспределение энергии, что в конечном итоге приводит к стабильному состоянию ГСМ в резонаторе», — отмечает доктор Ли.
«Результаты нашего исследования могут углубить понимание работы ГСМ в МО и предоставить 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 основополагающей физики, результаты исследования могут привести к улучшению конструкции МО и расширению их использования в различных областях.
Предоставлено Институтом инженеров электротехники и электроники