矩形パルスレーザーの光路設計

長方形の光路設計パルスレーザー

光路設計の概要

非線形ファイバーリングミラー構造に基づく、受動モード同期型二波長散逸ソリトン共鳴ツリウム添加ファイバーレーザー。

2. 光路の説明

二波長散逸ソリトン共鳴ツリウムドープファイバーレーザー「8」字型の空洞構造設計を採用している（図1）。

左側は主単方向ループ、右側は非線形光ファイバーループミラー構造です。左側の単方向ループは、バンドルスプリッタ、2.7mのツリウム添加光ファイバー（SM-TDF-10P130-HE）、および結合係数90:10の2μmバンド光ファイバーカプラ、1つの偏波依存アイソレータ（PDI）、2つの偏波コントローラ（偏波コントローラ：PC）、および0.41mの偏波保持ファイバー（PMF）で構成されています。右側の非線形光ファイバーリングミラー構造は、左側の単方向ループからの光を、結合係数90:10の2×2構造光カプラを介して右側の非線形光ファイバーリングミラーに結合することによって実現されます。右側の非線形光ファイバーリングミラー構造は、75m長の光ファイバー（SMF-28e）と偏波コントローラで構成されています。非線形効果を高めるために、75メートルのシングルモード光ファイバーが使用されています。ここでは、時計回り伝搬と反時計回り伝搬の間の非線形位相差を増やすために、90:10光ファイバーカプラが使用されています。この二波長構造の全長は89.5メートルです。この実験セットアップでは、ポンプ光はまずビームコンバイナを通過して、利得媒体であるツリウム添加光ファイバーに到達します。ツリウム添加光ファイバーの後には、90:10カプラが接続され、エネルギーの90%をキャビティ内に循環させ、10%をキャビティ外に送り出します。同時に、2つの偏光コントローラと偏光子の間に配置された偏光保持光ファイバーで構成される複屈折リオフィルターが、スペクトル波長のフィルタリングの役割を果たします。

3. 背景知識

現在、パルスレーザーのパルスエネルギーを増加させる基本的な方法は2つあります。1つは、分散管理を用いた伸長パルス、巨大チャープ発振器、ビームスプリッティングパルスレーザーなど、さまざまな方法でパルスのピークパワーを下げるなど、非線形効果を直接低減する方法です。もう1つは、自己相似性や矩形パルスなど、より多くの非線形位相蓄積を許容できる新しいメカニズムを探す方法です。上記の方法は、パルスエネルギーを効果的に増幅することができます。パルスレーザー数十ナノジュールまで。散逸ソリトン共鳴（Dissipative soliton resonance: DSR）は、2008年にN. Akhmedievらが最初に提案した矩形パルス形成メカニズムです。散逸ソリトン共鳴パルスの特徴は、振幅を一定に保ちながら、非波分割矩形パルスのパルス幅とエネルギーがポンプパワーの増加とともに単調に増加することです。これは、ある程度、従来のソリトン理論の単一パルスエネルギーの制限を打破します。散逸ソリトン共鳴は、非線形偏光回転効果（NPR）や非線形ファイバーリングミラー効果（NOLM）などの飽和吸収と逆飽和吸収を構築することによって実現できます。散逸ソリトン共鳴パルスの生成に関する報告のほとんどは、これら2つのモード同期メカニズムに基づいています。