Gepulseerde lasers met hoge herhalingssnelheid zijn geschikt voor een breed scala aan toepassingen, van optische communicatie tot microgolffotonica en meer. Het genereren van treinen van ultrakorte optische pulsen omvat gewoonlijk het vergrendelen van fasen van longitudinale laserholtemodi. In 1997, een mechanisme gebaseerd op dissipatieve vier-golf-menging (DFWM) werd gedemonstreerd met belangrijke componenten bestaande uit kamfilters en elementen met een hoge niet-lineariteit. Vanaf dat moment, demonstraties van pulstreinen met hoge herhalingsfrequentie die DFWM gebruiken, hebben verschillende soorten kamfilters en niet-lineaire componenten uitgebuit.

In 2012, Peccanti et al. stelde een stabiele 200-GHz ultrasnelle fiberlaser voor op basis van een silica-microringresonator die dient als een geïntegreerd kamfilter om de vergrendeling van de DFWM-modus te versterken. Maar het silicaschema is kostbaar en brengt verlies van de koppeling tussen de vezel en de silicagolfgeleider met zich mee. Daarom, een goedkope all-fiber resonator voor het genereren van laserpulsen met hoge herhalingssnelheid met behulp van DFWM blijft zeer wenselijk. Hoe dan ook, de afwezigheid van sterke niet-lineariteit in standaard optische vezels is tot nu toe een belangrijke barrière geweest voor het veroorzaken van korte pulsgeneratie met hoge herhalingsfrequentie.

Hybride plasmonische microvezel knoopresonator

Een team van onderzoekers van Nanjing University en Shanghai University heeft onlangs een nieuwe benadering gedemonstreerd om stabiele, laserpulsen met hoge herhalingssnelheid via DFWM, gebaseerd op een nieuw microvezelapparaat:een hybride plasmonische microvezelknoopresonator (HPMKR). Hun open-access onderzoek verschijnt in het laatste nummer van Geavanceerde fotonica .

Gezien hun sterke vergankelijke veld, laag toevoegingsverlies, en compatibiliteit met optische vezelsystemen, Op microvezel gebaseerde apparaten worden veel gebruikt, vooral voor microvezelresonatoren. Met aanzienlijk kleine diameter en luchtbekleding, taps toelopende microvezels vertonen een hoge niet-lineariteit in vergelijking met gewone single-mode vezels (SMF's). Bijvoorbeeld, de niet-lineaire coëfficiënt γ van een stuk microvezel met een diameter van 2 m wordt berekend op ongeveer 50 keer die van de standaard SMF (bij 1550 nm).

Het belangrijkste instrument van het werk, de HPMKR, omvat een knoopresonator gevormd uit taps toelopende microvezel die is bevestigd aan een glassubstraat met een verguld oppervlak en vervolgens verpakt met polydimethylsiloxaan (PDMS) polymeer. De praktische Q-factoren van gewone microvezelresonatoren liggen ver onder de 10 ⁴ maar in dit werk Q is geoptimaliseerd tot bijna 10 ⁶ experimenteel. Sterke plasmonpolaritonen aan het oppervlak, geïntroduceerd door de fijne bevestiging van goud, zorgen ervoor dat het apparaat prominente polariserende kenmerken vertoont; een maximaal polarisatie-afhankelijk verlies (PDL) van 19,75 dB werd bereikt.

HPMKR-laser

In een volgende stap, het HPMKR-apparaat was ingebed in een standaard ringvezellaserholte. De grote PDL van HPMKR leidde tot niet-lineaire polarisatierotatie (NPR) in de laserholte, het opleveren van Q-geschakelde of modus-vergrendelde pulsen met een groot momentaan vermogen om relatief lage niet-lineariteiten te compenseren en DFWM in de microvezel op te wekken. Voor zijn veelzijdige rol in fiberlasers, onderzoekers noemden het laserschema "NPR-gestimuleerde DFWM."

De HPMKR is niet alleen een breedband polariserend element, maar ook een hoogwaardig filter en niet-lineair element. De laser oscilleert in schril contrast met alle eerdere DFWM-schema's, waar de noodzaak van extreem hoge niet-lineaire elementen wordt verwijderd. Het apparaat verlaagt effectief de lat voor het bereiken van DFWM, het elimineren van de complexiteit die de fabricage van apparaten met een hoge Q (miljoen) belemmerde. Een stabiele pulstrein met herhalingsfrequenties van 41,2 tot 144,3 GHz bij 1550 nm werd bereikt.

Het innovatieve onderzoek maakt potentiële toepassingen mogelijk van geavanceerde microvezelresonatoren op het gebied van laser en niet-lineaire optica, vooral dankzij de beknopte structuur van de HPMKR en de compatibiliteit met alle vezels.