Un laser à fibre à dispersion normale géré par biréfringence délivrant des solitons sans chirp accordables en énergie

Au cours des dernières décennies, les chercheurs ont démontré des solitons conventionnels, des impulsions étirées, des impulsions auto-similaires et des solitons dissipatifs en gérant la dispersion et la non-linéarité des lasers à fibre. Cependant, de nouveaux types d’impulsions robustes ont été moins découverts dans les lasers à fibre à verrouillage de mode, puisque des solitons dissipatifs ont été signalés dans les années 2000. D’autre part, les solitons sans chirp n’étaient obtenus qu’avec des lasers à fibre à dispersion anormale dans le passé, et l’énergie à impulsion unique est limitée dans une limite relativement étroite.

Récemment, une équipe de recherche conjointe dirigée par le professeur Dong Mao et Jianlin Zhao de l’Université polytechnique du Nord-Ouest, en collaboration avec le professeur Zhipei Sun de l’Université Aalto, a proposé une nouvelle classe d’impulsions sans gazouillis dans les lasers à fibre dopée à l’erbium à dispersion nette normale . L’effet d’accord de phase lié à la biréfringence domine la formation du soliton sans chirp, et il est donc appelé soliton géré par biréfringence.

Le verrouillage de mode harmonique contrôlable de l’ordre 5 à l’ordre 85 peut être obtenu au même niveau de pompe d’environ 10 mW avec une énergie soliton entièrement réglable au-delà de dix fois, indiquant une nouvelle loi d’énergie liée à la biréfringence intrinsèquement distincte du théorème d’énergie de solons conventionnels.

Pour le laser à fibre à dispersion normale contenant une section de fibre à maintien de polarisation, le couplage de mode entre deux composants à polarisation orthogonale se produit lorsque l’impulsion se propage d’une fibre monomode à une fibre à maintien de polarisation. Le fonctionnement du laser dépend principalement de l’état de polarisation de l’impulsion dans la fibre monomode.

Lorsque le θ (c’est-à-dire l’angle entre la composante polarisée y et l’axe rapide du PMF) est ~ 0 ou ~ π / 2, le laser émet des solitons dissipatifs, tandis que le soliton géré par biréfringence peut être réalisé lorsque θ varie entre ~ π / 10 et ~2π/5. Comparés aux solitons dissipatifs, les solitons gérés par biréfringence possèdent une durée d’impulsion, une bande passante et une énergie d’impulsion plus petites, ainsi qu’un seuil d’auto-démarrage, et sont capables de s’assembler dans des états de verrouillage de mode harmonique d’ordre élevé.

Grâce à la spectroscopie monocoup et au contrôleur de polarisation accordable électriquement, la transition entre le soliton dissipatif et le soliton géré par biréfringence peut être visualisée en temps réel. Pour les deux processus de transition, ils présentent une dégénérescence des solitons, une oscillation de relaxation et une régénération des solitons. Ces résultats valident davantage que le soliton géré par biréfringence est réalisé dans la région de dispersion normale.

Des simulations numériques basées sur des équations couplées de Ginzburg-Landau reproduisent bien les observations de l’expérience, corroborant qu’en dehors des effets de dispersion chromatique, de non-linéarité et d’absorption saturable, la biréfringence peut être exploitée pour gérer l’énergie et le comportement de propagation de l’impulsion, ce qui peut ouvrir de nouvelles recherches. directions dans les domaines des solitons optiques et des lasers à fibre ultrarapides.

Ce travail ouvre la voie à la génération directe de solitons sans chirp dans des cavités à dispersion normale sans compression externe. Un tel laser à fibre flexible est capable de produire des solitons à verrouillage de mode harmonique d’ordre élevé accordables à une puissance de pompe relativement faible, offrant un moyen prometteur pour réaliser des sources d’impulsions à taux de répétition élevé fonctionnant avec une faible consommation d’énergie pour la communication optique et la détection.

L’article est publié dans la revue Science ultrarapide.