Spectral Control of Functional Fiber Sources

Abstract

Den här avhandlingen är baserad på fem projekt inriktade på spektral kontroll av fiberbaserade laserkällor. Två av dem avser elektriskt våglängdsavstämbara lasersystem, närmare bestämt ett förstärkarsystem för CO₂-mätning och en ny avstämbar laserdesign för flexibla driftsätt. De tre andra projekten avser ultrasnabba system; med utveckling av en flexibel kavitet för optimering av ultrasnabba fiberlasrar och en numerisk modell för att analysera ultrasnabb fiberbaserad förstärkning, samt en studie av längdoptimering av fibrer med anomal dispersion för superkontinuumgenerering.

Den elektriskt avstämbara källan i CO₂-mätningssystemet baserades på en smalbandig laser, med en kontrollerbar våglängd mellan 1570.5–1573.5m, som förstärktes upp till watt-nivåer i en fiberförstärkare. Detta möjliggjorde den första realiseringen av en ny metod för atmosfärisk CO₂-mätning, vilken minskar kraven på lasrarna i sådana tillämpningar.

Den nya kavitetsdesignen bestod av tre standardkomponenter och hade ett avstämbart våglängdsspann på ~35 nm. Trots den enkla layouten så kunde lasern emittera versatila tidsmultiplexerade multipla våglängder.

Spektral kontroll avser inte enbart laservåglängd utan även uppnåeliga bandbredder, vilka är av yttersta vikt i ultrasnabba system —då dessa avgör pulslängderna. En flexibel fiberlaserdesign, vilken inkluderade en intrakavitär kompressor för dispersionskontroll, utvecklades därav för att förenkla karaktäriseringen av nyckelparametrar för att på så sätt uppnå ideal prestanda. Preparering av en mättnadsbar absorbator som kunde stabilisera tre olika pulstyper, med bandbredder på 7–31 nm och pulslängder från fåtals pikosekunder ner till hundratals femtosekunder, var således möjlig.

Den här sortens lasrar stabiliseras oftast bäst vid låga effekter. De åtföljs därav ofta av förstärkare för att uppnå effektkrav. Fiberförstärkares fördelaktiga värmeavledande geometri gör dem ideala för högrepetitionsljuskällor, men de höga intensiteterna och de långa interaktionssträckorna kräver att hänsyn tas till icke-linjära samt dispersiva effekter. Därav utvecklades en numerisk model som inkorporerade dessa i förstärkningsprocessen. De noggrant reproducerade experimentella resultaten påvisar modellens användbarhet i systemutveckling vad gäller analyser av diverse designaspekter.

De höga toppeffekterna från sådana system gör dem ideala för spektralbreddning via icke-linjära effekter genom så kallad superkontinuumgenerering. Detta görs enkelt i specialdesignade fibrer som har anomal dispersion —där ljus propagerar snabbare ju kortare våglängden är. Sådana fibrer är dock kända för att bidra till fluktuationer till följd av intrikata icke-linjära och dispersiva effekter. Resultaten från den sista studien i den här avhandlingen visar dock att längdoptimering av sådana fibrer möjliggör breda spektrum med bra stabilitet

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-279665