Sintonia espectral não linear de laser de fibra pulsado com amplificador óptico semicondutor

Mar 07, 2024

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 13799 (2022) Citar este artigo

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Examinamos as propriedades espectrais da radiação nos lasers de fibra pulsados ​​​​usando o amplificador óptico semicondutor (SOA) como meio de ganho. A complexa dinâmica da luz que resulta da interação entre os efeitos de propagação da fibra na cavidade, os efeitos não lineares no SOA e a filtragem espectral, deslocam a radiação gerada do comprimento de onda central do filtro. O comprimento de onda resultante da radiação de saída depende da potência da bomba SOA e da largura de banda do filtro intracavitário. Isto oferece a possibilidade de sintonização espectral dos pulsos gerados através de dinâmica não linear, em vez do uso convencional de um filtro sintonizável.

As propriedades de uma variedade de lasers modernos são definidas pela dinâmica de luz não trivial introduzida pelos efeitos não lineares no ressonador. A não linearidade pode ser distribuída ao longo da cavidade (por exemplo, efeito Kerr ou rotação de polarização não linear na fibra óptica) ou produzida por uma ação pontual de alguns elementos (por exemplo, absorvedor saturável ou amplificador não linear com uma escala pequena em comparação com o comprimento do ressonador ). Os efeitos não lineares, embora não sejam fáceis de controlar, podem oferecer ricas possibilidades para o desenvolvimento de uma variedade de novas fontes de laser 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11.

SOA é um dispositivo óptico prático bem estabelecido com inúmeras propriedades atraentes, incluindo tamanho compacto, ampla largura de banda de ganho e a possibilidade de modulação direta de ganho através do controle da corrente de injeção. SOAs são importantes em uma ampla gama de aplicações, incluindo processamento de sinal óptico12, multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM), multiplexação óptica por divisão de tempo (OTDM)13, comutação de comprimento de onda14, recuperação de relógio óptico15,16, amostragem óptica de baixo ruído e alta taxa de bits17 e outros.

Além disso, SOA também é promissora para aplicações além das tradicionais comunicações ópticas e lasers semicondutores. Por exemplo, pode ser usado como meio de ganho em lasers de fibra, em vez de fibras ativas dopadas com terras raras. Até onde sabemos, as primeiras publicações sobre lasers baseados em SOA começaram a aparecer no final da década de 7018,19,20,21,22,23,24,25. Matsumoto e Kumabe18 demonstraram os lasers de anel AlGaAs-GaAs com diferentes estruturas de guias de onda tridimensionais, incluindo o tipo casamata e o tipo círculo. Lasers de cavidade composta de fibra óptica, lasers de anel de fibra óptica semicondutora, incluindo lasers de modo bloqueado, foram estudados em trabalhos pioneiros . A teoria para a largura de linha de um laser de anel de fibra óptica semicondutora foi desenvolvida em 26 usando equações de taxa acopladas para a cavidade ativa e passiva. Lasers de modo bloqueado baseados em SOA podem gerar pulsos ultracurtos da ordem de centenas de femtossegundos . O bloqueio de modo foi obtido por uma injeção óptica externa de dados sem retorno a zero. No laser de fibra de cavidade em anel foram gerados pulsos ópticos de subpicossegundos, onde a evolução da polarização não linear em SOA serviu como um mecanismo de bloqueio de modo. Em29, é apresentado um laser de modo bloqueado com cavidade em anel, que gera pulsos que podem ser comprimidos até 274 fs em um compressor externo. Hech et al. demonstraram a possibilidade de gerar pulsos com duração de pulso de até 300 fs a 1550 nm no laser de anel semicondutor de modo bloqueado . O esquema inclui SOA e um absorvedor saturável baseado na tecnologia InP/InGaAsP, bem como componentes passivos que proporcionam dispersão de frequência. Nyushkov et al. demonstrou laser de fibra, modo bloqueado via modulação SOA com pulsos de corrente de injeção e forma controlável de geração de pulsos de luz . Figura de oito lasers de fibra baseados em SOA foram investigados em . Foi observado em34 que a taxa de repetição do pulso depende da corrente de injeção do SOA quase linearmente e pode variar em uma ampla faixa de 30 MHz a 12,02 GHz. Um trem de pulso de produção de laser com modo harmônico passivo e de partida automática com quase metade do ciclo de trabalho a uma taxa de repetição de 1,7 GHz foi demonstrado em 33. Uma combinação de ressonador de fibra com SOA para gerar radiação pulsada também oferece uma possibilidade interessante de projetar sistemas baseados na dinâmica não linear da luz.