非线性偏振旋转 Nonlinear polarization rotation

2022-11-04 15:43:17 浏览:397

定义

光纤中光的偏振方向变化可以取决于光强度的现象。

当强光脉冲在非保偏光纤中传播时,偏振状态可能会发生非线性(即强度依赖性)变化。 这通常不完全是线性偏振方向的旋转,而是向某种椭圆偏振状态的变化。 这些效应的物理原因与自相位调制和交叉相位调制以及光纤的一些(不受控制的)双折射有关。 如果脉冲随后通过偏振器,则功率吞吐量实际上也取决于光功率。

自相位调制和交叉相位调制可以改变偏振状态,本质上是因为它们引入了偏振相关的光相位变化。 极化演变的细节可能相当复杂;它们取决于输入偏振状态,也可能取决于光纤的随机双折射(通常未知,取决于温度)。 因此,通过建模来准确研究这一点并不容易。

用于被动模式锁定

虽然非线性偏振旋转可能会令人不安,例如在带有光纤放大器的系统中,但它也经常用于光纤激光器(→锁模光纤激光器)的被动模式锁定。 在这里,典型的配置包含一些光纤偏振控制器或一组波片,可以对其进行调整,以便在偏振器上发生最大透射(最小损耗)以获得尽可能高的光学强度。 然后,该配置用作人工可饱和吸收器。 由于克尔效应非常快,因此人工吸收器非常快,并且其强度可通过偏振控制器调节。 这使得非线性偏振旋转的模式锁定成为一种强大的技术。 然而,有一些严重的缺点,特别是用于工业激光器:

  • 最佳偏振设置会随温度漂移,因此可能需要重新调整。
  • 很难通过实验量化和再现实现的调制深度和饱和功率。

通过使用高双折射(保持偏振)光纤和法拉第旋转器,可以实现具有非线性偏振旋转的环境更稳定的锁模技术[2]。 然而,这种技术不太容易以全光纤设置的形式实现。

非线性极化旋转的模式锁定技术有时也称为偏振加性脉冲模式锁定。加法脉冲模式锁定最初是为体激光器发明的。 在这里,在激光设置中以不同方式传播的光束之间会发生干涉,其中它们经历了不同数量的Kerr非线性。 另一方面,非线性偏振旋转可以解释为经过相同路径的不同偏振分量的干涉。 不同之处在于,在非线性极化旋转的情况下,也会发生交叉相位调制。

参考文献

[1] M. Hofer et al., “Characterization of ultrashort pulse formation in passively mode-locked fiber lasers”, IEEE J. Quantum Electron. 28 (3), 720 (1992), doi:10.1109/3.124997
[2] M. E. Fermann, “Passive mode locking by using nonlinear polarization evolution in a polarization-maintaining erbium-doped fiber”, Opt. Lett. 18 (11), 894 (1993), doi:10.1364/OL.18.000894
[3] V. J. Matsas et al., “Self-starting passively mode-locked fibre ring soliton laser exploiting nonlinear polarisation rotation”, Electron. Lett. 28, 1391 (1992), doi:10.1049/el:19920885
[4] K. Tamura et al., “Self-starting additive pulse mode-locked erbium fibre ring laser”, Electron. Lett. 28, 2226 (1992), doi:10.1049/el:19921430
[5] F. Doutre et al., “Large temporal narrowing of subnanosecond pulses in a low-birefringence optical fiber”, Opt. Lett. 33 (16), 1789 (2008), doi:10.1364/OL.33.001789

非线性光学

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