Intelligent styring af moduslåste femtosekundpulser ved hjælp af tidsstrækassisteret spektralanalyse

Forskere i Kina under ledelse af Lilin Yi ved Shanghai Jiao Tong University udviklede apparater og softwarealgoritmer, der tillader automatisk 'intelligent kontrol' over femtosekundpulser genereret af mode-låste fiberlasere. Systemet kan manipulere vigtige aspekter af bølgelængdeområdet og sammensætningen af ​​impulserne - teknisk set deres 'spektrale bredde' og 'spektrale form' - mere effektivt end tidligere muligt. Proceduren giver også ny teknisk indsigt i de faktorer, der bestemmer arten af ​​femtosekund -impulser.

Fordi pulstog opnår fremragende ydeevne med et enkelt laseropsætning, passivt mode-låste fiberlasere (MLFL'er) baseret på ikke-lineær polarisationsudvikling (NPE) har mange anvendelser. Imidlertid, NPE-baserede MLFL'er er vanskelige at betjene i det ønskede pulseringsregime via manuel polarisationstuning og er tilbøjelige til at løsrive sig fra det ønskede regime på grund af polarisationsdrift fra miljøforstyrrelser. For at løse disse udfordringer, automatiske eller intelligente mode-locking-teknikker ved hjælp af adaptive algoritmer og elektriske polariseringskontroller (EPC'er) er dukket op i de seneste år. Flere automatiske lasere til moduslåsning bruger tidsmæssige oplysninger til at hjælpe med at identificere tilstandslåseregimerne. Kombineret med automatiske optimeringsalgoritmer, sådanne lasere kan med succes nå modus-låseordninger, men deres pulsbredde og spektrale form er uforudsigelige. Dermed, automatiske mode-locking teknikker baseret på en tidsmæssig diskrimination alene kan ikke opnå mode-locking med mulig kortest pulsbredde og ønsket spektralfordeling. Selvom optisk spektral information kan bruges i automatisk mode-locking ved hjælp af en optisk spektrumanalysator (OSA), sådant omfangsrigt og langsomt udstyr opnår kun integreret spektral information og kan derfor ikke bruges til real-time mode-locking.

I et nyt papir udgivet i Lys:Videnskab og anvendelse , forskere fra State Key Lab of Advanced Communication Systems and Networks, Shanghai Institute for Advanced Communication and Data Science, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, Kina, for første gang, foreslået at bruge tidsstrækningsdispersiv Fouriertransformation (TS-DFT) -baseret hurtig spektralanalyse som diskrimineringskriteriet for at opnå rige tilstandslåsende regimer. Ved simpelthen at indsætte et dispersionsmedium i real-time feedback loop af en automatisk mode-låsende laser og kombinere denne metode med en intelligent polarisationssøgning ved hjælp af en genetisk algoritme (GA), de kan manipulere spektralbredden og formen af ​​de mode-låste femtosekundpulser i realtid. Teknikken betegnes som tids-stretch-assisteret real-time pulsregulator (TSRPC). Med TSRPC, spektralbredden af ​​de mode-låste femtosekundpulser kan indstilles fra 10 nm til 40 nm med en opløsning på ~ 1,47 nm, og den spektrale form kan programmeres til at være hyperbolsk sekant eller trekantet. Fordel ved TS-DFT og real-time GA optimizer, TSRPC overvinder den betydelige langsommelighed, koste, og omfanget af traditionelle OSA'er, der blev brugt i tidligere automatiske lasere til automatisk låsning. TSRPC kan gøres endnu mere bærbar ved at udskifte DCF med et lille optisk gitter, og dens spektrale programmeringsopløsning kan forbedres ved at bruge en ADC med en højere samplingshastighed eller et medium med stor dispersion. Desuden, med realtidsstyring af spektralbredden og formen af ​​de mode-låsende impulser, de afslørede den komplekse og gentagelige overgangsdynamik fra det smalle spektrum-mode-locking-regime til det wide-spectrum mode-locking regime, herunder fem mellemfaser:en afslapningssvillering, enkelt soliton tilstand, multi-soliton tilstand, trekant-spektrumovergang, og kaotisk overgang, giver dyb indsigt i den ultrakorte pulsdannelse, der ikke kan observeres med traditionelle mode-låste lasere.