Моделирование генерации ультракоротких импульсов в полностью волоконном кольцевом эрбиевом лазере с высоконелинейным резонатором

Вербицкий А.В., Дворецкий Д.А., Денисов Л.К., Карасик В.Е., Орехов И.О., Ососков Я.Ж., Пнёв А.Б., Сазонкин С.Г.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Вербицкий А.В., Дворецкий Д.А., Сазонкин С.Г., Орехов И.О., Ососков Я.Ж., Пнёв А.Б., Денисов Л.К., Карасик В.Е. Моделирование генерации ультракоротких импульсов в полностью волоконном кольцевом эрбиевом лазере с высоконелинейным резонатором // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 3. С. 56–65. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-03-56-65

Verbitskiy A.V., Dvoretskiy D.A., Sazonkin S.G., Orekhov I.O., Ososkov Ya.Kh., Pnyov A.B., Denisov L.K., Karasik V.E. Simulation of ultrashort pulse generation in an all-fiber erbium-doped ring laser with a highly nonlinear cavity [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2020. V. 87. № 3. P. 56–65. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-03-56-65

Ссылка на англоязычную версию:

A. V. Verbitskii, D. A. Dvoretskiy, S. G. Sazonkin, I. O. Orekhov, Y. G. Ososkov, A. B. Pnev, L. K. Denisov, and V. E. Karasik, "Simulation of ultrashort pulse generation in an all-fiber erbium-doped ring laser with a highly nonlinear cavity," Journal of Optical Technology. 87(3), 175-181 (2020). https://doi.org/10.1364/JOT.87.000175

Аннотация:

Проведено математическое моделирование генерации ультракоротких импульсов в полностью волоконном кольцевом эрбиевом лазере с высоконелинейным резонатором. Показано, что в высоконелинейном волоконном резонаторе развивается генерация ультракоротких импульсов с характеристиками как растянутых импульсов, так и солитонов. В процессе математического анализа получена эволюция длительности, энергии и спектральной ширины ультракоротких импульсов в волоконном лазере. Показано, что в высоконелинейном резонаторе ультракороткий импульс имеет минимальную длительность порядка 200 фс, максимальную ширину спектра по полувысоте порядка 17 нм и максимальную энергию порядка 180 пДж. Проведена верификация полученных результатов моделирования путем их сравнения с экспериментальными данными.

Ключевые слова:

математическая модель, синхронизация мод, волоконный лазер, высоконелинейный резонатор, ультракороткие импульсы, солитон

Благодарность:

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-32-20017 и научного проекта № 18-38-00615.

Коды OCIS: 140.7090, 320.7090, 190.4370

Список источников:

1. Sugioka K., Cheng Y. Ultrafast lasers – reliable tools for advanced materials processing // Light: Science & Applications. 2014. V. 3. P. 149.
2. Крюков П.Г. Лазеры ультракоротких импульсов и их применения. Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2012. 248 с.
3. Schliesser A., Picqué N., Hänsch T.W. Mid-infrared frequency combs // Nature Photonics. 2012. V. 6. P. 440–449.
4. Kim J., Song Y. Ultralow-noise mode-locked fiber lasers and frequency combs: Principles, status, and applications // Adv. Opt. Photon. 2016. V. 8. P. 465–540.
5. Renninger W.H., Chong A., and Wise F.W. Dissipative solitons in normal-dispersion fiber lasers // Phys. Rev. A. 2008. V. 77. P. 023814.
6. Яруткина И.А. Математическое моделирование распространения диссипативных и дисперсионно управляемых солитонов в импульсных волоконных лазерах // Канд. дис. Новосибирск: ИВТ СО РАН, 2014. 124 с.
7. Турицын С.К., Розанов Н.Н., Яруткина И.А. и др. Диссипативные солитоны в волоконных лазерах // УФН. 2016. Т. 186. №7. C. 713–742.
8. Lei T., Lu F., Tu C., et al. Numerical study on self-similar pulses in mode-locking fiber laser by coupled Ginzburg-Landau equation model // Opt. Exp. 2009. V. 17. № 2. P. 585.
9. Ma C., Tian X., Gao B., et al. Numerical simulations on influence of the saturable absorber in Er-doped fiber laser // Opt. Commun. 2018. V. 410. P. 941–946.
10. Schreiber T., Ortaç B., Limpert J., et al. On the study of pulse evolution in ultra-short pulse mode-locked fiber lasers by numerical simulations // Opt. Exp. 2007. V. 15. № 13. P. 8252–8262.
11. Wang L., Chong A., and Haus J.W. Numerical modeling of mode-locked fiber lasers with a fiber-based saturable-absorber // Opt. Commun. 2017. V. 383. P. 386–390.
12. Gao B., Ma C., Huo J., et al. Influence of gain fiber on dissipative soliton pairs in passively mode-locked fiber laser based on BP as a saturable absorber // Opt. Commun. 2018. V. 410. P. 191–196.
13. Martel G., Chédot C., Hideur A., et al. Numerical maps for fiber lasers mode locked with nonlinear polarization evolution: Comparison with semi-analytical models // Fiber and Integrated Optics. 2008. V. 27. № 5. P. 320–340.
14. Cheng Z., Li H., and Wang P. Simulation of generation of dissipative soliton, dissipative soliton resonance and noise-like pulse in Yb-doped mode-locked fiber lasers // Opt. Exp. 2015. V. 23. № 5. P. 5972–5981.

15. Bale B.G., Boscolo S., Kutz J.N., et al. Intracavity dynamics in high-power mode-locked fiber lasers // Phys. Rev. A. 2010. V. 81. № 3. P. 033828.
16. Hardin R.H., Tappert F.D. Applications of the split-step Fourier method to the numerical solution of nonlinear and variable-coeffcient wave equations // SIAM Review Chronicle. 1973. V. 15. № 2. P. 423–423.
17. Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика. М.: Мир, 1996. 323 с.
18. Han X. Conventional soliton or stretched pulse delivered by nanotube-mode-locked fiber laser // Appl. Opt. 2018. V. 57. P. 807–811.
19. Zhao F., Wang Y., Wang H., et al. Ultrafast soliton and stretched-pulse switchable mode-locked fiber laser with hybrid structure of multimode fiber based saturable absorber // Scientific Reports. 2018. V. 8. P. 16369.
20. Li W.L., Kong Y.C., Chen G.W., et al. Coexistence of conventional solitons and stretched pulses in a fiber laser mode-locked by carbon nanotubes // Laser Physics. 2015. V. 25. № 4. P. 045103.
21. Dvoretskiy D.A., Sazonkin S.G., Voropaev V.S., et al. Generation of ultrashort pulses with minimum duration of 90 fs in a hybrid mode-locked erbium-doped all-fibre ring laser // Quant. Electron. 2016. V. 46. № 11. P. 979–981.
22. Dvoretskiy D.A., Sazonkin S.G., Orekhov I.O., et al. High-energy ultrashort-pulse all-fiber erbium-doped ring laser with improved free-running performance // JOSA. B. 2018. V. 35. P. 2010–2014.