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1 펨토초 파이버 레이저 시스템에 대한 피드백의 영향

약간의 (광학적인) 피드백이 큰 도움이 될 수 있습니다. . .

희토류 도핑 광섬유는 광섬유 전용 레이저와 하이브리드(섬유 및 벌크) 레이저 모두에서 초고속 레이저 시스템을 위한 더욱 널리 사용되는 매체가 되었습니다. 그러나 광섬유 기반 발진기와 증폭기에는 고유한 설계 문제가 있습니다. 광섬유는 고이득 매질이므로 초고속 발진기와 증폭기에 부주의하게 주입된 모든 빛은 불안정(기껏해야)이나 손상(최악의 경우)을 유발하여 시스템 성능을 저하시키고 잠재적으로 돌이킬 수 없는 영향을 미칠 수 있습니다. 광 피드백은 다운스트림 광학 장치의 역반사 또는 증폭기 단계의 증폭 자연 방출(ASE)에 의해 발생하며 도핑된 광섬유의 높은 이득에 의해 증폭됩니다. 벌크 도핑 재료에서 ~ 5dB의 상대적으로 낮은 이득과 대조적으로 광섬유에서는 ~ 20dB 이상의 소신호 단일 통과 이득이 일반적입니다. 벌크 게인 재료에 비해 광섬유 끝의 빔 크기가 상대적으로 작기 때문에 끝면의 강도가 높아지고 광섬유 시스템이 낮은 광 출력에서 손상 임계값에 도달할 수 있는 시나리오가 생성됩니다.

10피코초(ps) 미만 및 펨토초(fs) 범위의 펄스를 생성하는 초고속 레이저 시스템은 목표 펄스 에너지 및 반복률에 따라 다양한 작동 방식에 맞게 설계될 수 있습니다. 두 가지 일반적인 구성은 1) ps 펄스를 위한 광학 MOPA(마스터 발진기 전력 증폭기) 방식과 하이브리드 벌크 파이버 설계를 사용하는 경우가 많으며, 2) fs 펄스를 위한 CPA(Chirped Pulse Amplifier) 방식입니다. 이러한 설계의 예는 그림 1과 2에서 볼 수 있습니다.

실질적으로 말하면 모드 잠금 광섬유 발진기를 펄스 소스로 사용하여 레이저 시스템을 설계할 때마다 발진기는 일반적으로 mW 수준의 출력만 제공하는 반면 시스템 요구 사항은 수십 와트 이상에 이를 수 있습니다. 성능 목표를 달성하려면 증폭기가 필요하며, 1W에서 최대 100W 이상을 생성하는 LMA(대형 모드 영역) 증폭기를 사용하는 경우가 많습니다. 그러나 발진기는 마이크로와트(μW) 수준 이하의 피드백을 통해서만 안정적인 상태를 유지할 수 있습니다. 그렇지 않으면 스펙트럼 내용을 방해하는 노이즈가 모드 잠금을 방해하거나 심지어 Q-스위칭을 유발할 수도 있습니다. 피드백되는 전력은 펄스가 생성되는 ASE보다 작아야 합니다. 이는 종종 오실레이터가 안정적으로 모드 잠금을 유지하기 위해 << 60dB의 피드백이 필요하다는 것을 의미합니다. 대조적으로, 솔리드 스테이트 모드 잠금 발진기는 여전히 그 양의 피드백 양의 몇 배로 작동할 수 있습니다. 동시에 발진기의 시드 펄스가 증폭기 입력에서 중단되면 Q-스위칭이 발생할 수 있으며 이는 항상 광섬유 끝면에 광학적 손상을 초래합니다.

피드백이 초고속 광섬유 발진기에 들어가는 것을 방지하고 후속 증폭기 체인을 보호하는 메커니즘이 필수적입니다.

다행히도 바카라 카지노 Optical Isolator를 사용하면 광 피드백으로 인해 발생하는 문제에 대한 해결책이 있습니다.

2 피드백으로부터 보호하기 위해 패러데이 절연체 사용

패러데이 아이솔레이터(Faraday Isolator)는 순방향으로는 높은 신호광 투과율을 제공하지만 역방향에서는 빛을 강력하게 차단하는 광학 장치입니다. 광 아이솔레이터의 주요 구성 요소는 특별한 특성을 지닌 자기 광학 재료로 만들어진 패러데이 회전자(Faraday Rotator)입니다. 패러데이 회전기는 빛의 선형 편광을 유지하면서 편광면을 정방향으로 45도 회전하고 역방향으로 추가로 45도의 비가역 회전을 통해 작동합니다. 교차 편광판 사이에 배치되면 Faraday Rotator는 Faraday isolator가 됩니다. 패러데이 아이솔레이터는 레이저 발진기와 레이저 증폭기를 역반사의 유해한 영향으로부터 보호합니다. 흡수율은 낮고 손상 임계값은 높은 광학 장치가 포함된 당사의 패러데이 회전자 및 절연체는 초고속 레이저 시스템의 평균 전력 수준이 최대 50W인 경우에 이상적으로 적합합니다.

격리체를 선택할 때 명심해야 할 몇 가지 기준이 있습니다: 입사 빔 크기, 절연체의 입사 광 전력, 다음 단계에 필요한 전송 전력 및 필요한 절연량.

찾기간섭성 패러데이 절연체귀하의 요구사항에 가장 적합하거나지금.

3 패러데이 절연체 설치

파이버 레이저 시스템의 광 경로에 패러데이 아이솔레이터를 설치하는 것은 비교적 간단합니다. 각 바카라 카지노 아이솔레이터에는 사용자 설명서가 함께 제공됩니다.ⁱ, 빔 경로에서 장치를 정렬하는 방법을 설명합니다. 각각이 선택한 모델의 정확한 사양에 맞춰 만들어지기 때문에 적절한 아이솔레이터를 선택할 때 광 빔 크기, 광 출력, 중심 파장 및 대역폭의 매개변수를 고려해야 합니다.

MOPA 및 CPA 시스템에서 절연체를 설치할 위치의 예는 그림 1 및 2를 참조하세요. 실제 애플리케이션의 예는 참고자료 2에서 찾을 수 있습니다.ⁱⁱ.

4 분산 관련 고려사항

분산은 초고속 레이저의 중요한 문제이며, 이는 펄스 지속 시간, 즉 초단파 펄스의 피크 전력에 영향을 줄 수 있습니다. 분산은 위상 속도가 주파수(또는 파장)에 따라 달라지는 매체에서 광 펄스가 이동할 때 발생합니다. 광 아이솔레이터를 만드는 데 사용되는 패러데이 소재는 분산형이므로 아이솔레이터를 통과하는 펄스의 길이가 넓어질 수 있습니다. 단, 해당 효과의 크기와 관련성은 초기 펄스와 응용 프로그램에 따라 달라집니다.

일반적으로 광섬유 레이저 시스템은 10 - 30nm 이상의 광 대역폭을 사용하여 100fs 이상의 펄스를 생성합니다. 아이솔레이터에 사용되는 패러데이 회전기의 길이와 함께 실제 시스템 대역폭은 발생하는 펄스 확장의 양을 결정합니다. 일반적으로 분산 정도는 애플리케이션에 부정적인 영향을 미칠 만큼 충분한 펄스 왜곡을 일으키지 않습니다.

그러나 100fs 미만의 펄스(더 넓은 대역폭을 가진 펄스)의 경우 분산량이 더 크다는 점에 유의하는 것이 중요하며 이는 많은 응용 분야에서 중요한 고려 사항이 됩니다. 예를 들어, 특정 CPA 시스템을 포함한 비선형 확장 시스템에서는 100fs 미만의 펄스를 생성하는 것이 가능합니다. 재료 가공과 같이 레이저 응용 분야에서 피드백이 발생할 가능성으로 인해 레이저 시스템의 출력에 아이솔레이터가 필요한 경우 이는 전체 그룹 속도 분산 예산에 추가됩니다. 어떤 경우에는 출력 절연체로 인한 분산 효과를 시스템의 다른 부분의 분산과 균형을 맞춰 완화하거나 제거할 수 있습니다.

8mm TGG를 사용하는 패러데이 아이솔레이터가 10 – 10,000fs 범위에 걸쳐 ~ 1050nm 초단파 펄스의 펄스 지속 시간에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지에 대한 예가 그림 3에 나와 있습니다. 그래프는 1050nm 펄스에 대해 군속도 분산(GVD)이 얼마나 발생하는지 결정하여 생성되었습니다. 이는 TGG에 대한 Sellmeier 방정식을 사용하여 수행되었습니다.ⁱⁱⁱ.

2에 대한 분석적 해결^ND굴절률의 파생물을 사용하여 GVD를 계산한 다음 특정 장치에 대한 실제 2차 분산을 계산할 수 있습니다(여기서는 β로 표시됨)₂, 2차 군지연 분산)은 GVD에 재료의 길이를 곱하여 GVD와 관련됩니다(이 경우 아이솔레이터에 사용되는 TGG). 이 정보는 TGG 절연체 재료의 길이를 통과한 후 주어진 입력 펄스 지속 시간에 대한 출력 펄스 지속 시간을 계산하는 데 사용될 수 있습니다. 입력 펄스 길이가 제곱된 경우, t₀ ² , β보다 훨씬 작습니다.₂, β에 비례하는 펄스 확장을 표현하는 방정식₂사용 가능^v.

이러한 계산을 수행하면 분산량, β₂, 1030 - 1080 nm 범위에서 ~ 1100 fs인 것으로 밝혀졌습니다.²8mm 길이의 TGG용. 10 – 10,000fs 범위의 펄스에 대한 2차 분산량에서 추정된 확장이 아래 그래프에 나와 있습니다.

5 결론

파이버 하위 시스템이 포함된 초고속 레이저 시스템을 설계할 때 보호용 광학 절연체를 사용하는 것이 최고의 성능과 제품 수명을 달성하는 데 중요합니다. 안정성과 견고성을 유지하고 역반사의 유해한 효과를 방지하기 위해 시스템의 중요한 지점에서 바카라 카지노 Isolator를 사용하면 최고의 성능과 장기적인 레이저 시스템 신뢰성을 달성하는 데 도움이 됩니다.

초고속 광섬유 레이저 시스템을 광학 피드백으로부터 보호하는 방법에 대한 자세한 내용은 당사에 문의하십시오.

참조:

i 패러데이 회전자 및 절연체에 대한 바카라 카지노 사용자 설명서

ii J. Limpert, T. Schreiber, S. Nolte, H. Zellmer 및 A. Tünnermann, "공기 유도 광 밴드갭 광섬유의 압축을 기반으로 하는 모든 광섬유 처프 펄스 증폭 시스템", Advanced Solid-State Photonics(TOPS), G. Quarles, ed., Vol. OSA 중 94
광학 및 포토닉스 동향(미국 광학 학회, 2004), 논문 9. 

iii U. Schlarb 및 B. Sugg, "테르븀 갈륨 가넷의 굴절률", Phys. 통계 솔. (b) 182 K91(1994)

iv 그룹 속도 분산에 대한 자세한 내용은 G. P. Agrawal의 "비선형 광섬유"를 참조하세요. 

v 다음에서 분산 펄스 확장 및 처핑 섹션을 참조하세요.