66フェムト秒モード同期レーザーの光路設計

66フェムト秒の光路設計モードロックレーザー
この66フェムト秒モード同期レーザーは、非相反位相シフターを備えた線形共振器型全偏波保持イッテルビウム添加ファイバーレーザーです。基本周波数147MHzのモード同期を実現しています。グレーティング間の距離を調整することで、スペクトル幅39.8nm、外部圧縮後のパルス幅66fsが得られます。高出力ポンプでは、繰り返し周波数294.1MHzと442.3MHzの2次および3次高調波モード同期が実現されます。

光路の説明:
共振器は、両側の空間光学部と中央の偏波保持ファイバー部から構成される。左側の空間部には、全反射ミラー（M1）、λ/8波長板（EWP）、およびファラデー回転子（FR）が含まれる。EWPとFRの組み合わせは非相反位相シフターとして使用でき、非相反位相バイアスを提供することで自己始動能力を向上させる。ファイバー部は、カスタム波長分割多重コリメータ（WDM-コリメータ）集積デバイス、62cmイッテルビウム添加偏波保持ファイバー（Yb401-PM、CORACTIVE）、および光ファイバコリメータ（Col）から構成される。利得ファイバーは、最大ポンプパワー1.4Wのシングルモード976nmレーザーダイオード（LD）によって励起されます。右側の空間部は、半波長板（HWP）、偏光ビームスプリッター（PBS）、グレーティングペア（LightSmyth T-1000-1040-3212-94）、および全反射ミラー（M2）で構成されています。線密度1000本/mmの透過型グレーティングペアは、共振器内分散補償を提供します。2つのグレーティング間の距離はステージで調整できます。コリメータから両側の2つの反射ミラーまでの自由空間長は、それぞれ5.5cmと6.5cmです。レーザPBSから直線偏光したパルスを出力する。
動作原理：
共振器内ループを通過する最初の正規化パルスはPBSから始まり、M1に送られます。まず、HWPはパルスを2つの直交成分に分解し、その後、偏光保持光ファイバーに入り、高速軸と低速軸に沿って伝搬します。2つの直交軸に沿ったパルスの強度比は、HWPの回転角(θh)によって決まります。光ファイバー内を伝搬する際、非線形効果により、直交偏光パルスの非対称な強度によって、強度に関連した非線形位相シフトが生じます。エンドミラーM1により、直交パルスは位相シフターを2回通過し、偏光保持光ファイバーに戻ります。直交パルスはπ/2の非相反位相シフトを獲得し、伝搬光軸を交換します。直交偏光パルス間の群速度の不一致により、偏向効果が補償されます。最終的に、パルスは異なる非線形位相シフトを蓄積し、PBSで干渉を受けます。偏光子として、PBSは適切な偏光状態のパルスのみを通過させ、残りのパルスは共振器から反射される。このプロセスは、この線形共振器において人工的な可飽和吸収体として機能する。光レーザーグレーティングペア間の距離をさらに3.2 mmまで縮小すると、スペクトルの左端が著しく急峻になる。このとき、キャビティの正味分散は正であり、最大単一パルスエネルギー3.57 nJが得られる。スペクトル幅が最も広い39.8 nmのパルスを外部圧縮して得られたパルス自己相関トレースは、66 fsのガウス関数でフィッティングされる。