Untersuchung von Ultrakurzpuls-Faserlasern nach dem Prinzip des Mamyshev-Regenerators im kurzwelligen Infrarotbereich
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ultrakurzpuls Faserlaser spielen eine wichtige Rolle für den Fortschritt in der Photonik. Sie bieten kostengünstige, robuste und energieeffiziente Technologien, die einen effizienten und zuverlässigen Betrieb auch in rauer oder klinischer Umgebung ermöglichen. Aus grundlegender Sicht stellen sie einen exzellenten experimentellen Prüfstand für die Untersuchung nichtlinearer Phänomene dar. In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich das Forschungsinteresse an Thulium (Tm)-dotierten Faserlasern, die bei 1,7 bis 2,05 μm arbeiten, aufgrund einer Reihe von Anwendungen verstärkt. Dennoch mangelt es im Wellenlängenbereich um 2 μm noch immer an der Flexibilität von Faserlasern und deren Verstärkungsregimen, was auf grundlegende Grenzen moderner Faserentwicklung zurückzuführen ist. In diesem Projekt wurden nichtlineare Phänomene in ultraschnellen Tm-dotierten Faserlasern, insbesondere die Mechanismen, die der Selbstorganisation und der Erzeugung ultrakurzer Pulse zugrunde liegen, erforscht. Der Schwerpunkt der Studie lag auf der Erzeugung ultrakurzer Pulse durch geeignete Gestaltung nichtlinearer Laserresonatoren unter Verzicht konventioneller sättigbarer Absorber und künstlicher Modulatoren. Es wurde erfolgreich demonstriert, dass ein Tm-dotierter Faserlaserresonator mit normaler Dispersion, der aus zwei sich nicht überlappenden Faser-Bragg-Gitter-Spiegeln (mit einem Versatz von einigen nm) besteht, eine Reihe von Pulsen im Riesen-Chirp-Modus mit ps-Dauer erzeugen kann. Der Einfluss der Netto-Dispersion und Nichtlinearität des Resonators auf die Pulsbildungs-Dynamik und die Signal-Stabilitätwurde untersucht. Zusätzlich zu den Experimenten bezüglich des Mamyschev-Oszillators wurde gezeigt, dass eine speziell entwickelte Tm-dotierte Faser drei Funktionen im Laserresonator übernehmen kann, nämlich als Verstärker und schneller sättigbarer Absorber selbst zu fungieren, sowie eine breitbandige zentrale Wellenlängenabstimmung über 90 nm zu ermöglichen, indem die Anregungsrate über die Rückkopplung des Resonators gesteuert wird. Da einer der Schlüsselfaktoren, der den Selbststart ultrakurzer Pulse in faserbasierten Mamyschev-Oszillatoren einschränkt, die unzureichende Nichtlinearität ist, wird der Selbststart allgemein durch einen externen Puls oder durch Modulation der Pumpe realisiert. Hier ermöglichten die im Rahmen des Projekts untersuchten Phänomene der Selbstmodenkopplung die passive Erzeugung von Seed-Pulsen, die im Mamyshev-Oszillatorschema weiter regeneriert wurden. Eine solche hybride Modenkopplungstechnik stellt einen neuen Ansatz für das Design nichtlinearer Mamyschev-Faseroszillatoren dar. Darüber hinaus gewährleistet sie eine verbesserte Puls-zu-Puls-Stabilität und Ausgangsleistung von Mamyshev-Oszillatoren bei etwa 1,9 µm. Schließlich wurde die Echtzeitdynamik von Pulsen während des Aufbauprozesses im zeitlichen und spektralen Bereich untersucht, indem die dispersive Fourier-Transformation in einem Paar stark gechirpter Faser-Bragg-Gitter verwendet wurde.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Self-Mode-Locking in a Thulium-doped All-Fibre Ring Laser providing 1.18 nJ, 350 fs Solitons. Conference on Lasers and Electro-Optics, SM3P.4. Optica Publishing Group.
Kirsch, Dennis C. & Chernysheva, Maria
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Tuneable Self-Mode-Locking in a nJ- and fs-class Thulium-doped All-Fibre Laser. 2021 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe & European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC), 1-1. IEEE.
Kirsch, Dennis C. & Chernysheva, Maria
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Broadband filterless tuneability in self-mode-locked Tm-doped fibre lasers. Fiber Lasers and Glass Photonics: Materials through Applications III, 49. SPIE.
Kirsch, Dennis C.; Bednyakova, Anastasia E. & Chernysheva, Maria
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Gain-controlled broadband tuneability in self-mode-locked Thulium-doped fibre laser. Communications Physics, 5(1).
Kirsch, Dennis C.; Bednyakova, Anastasia; Varak, Petr; Honzatko, Pavel; Cadier, Benoit; Robin, Thierry; Fotiadi, Andrei; Peterka, Pavel & Chernysheva, Maria
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Thulium Ion Pair enriched Saturable Absorber Fibres for high-power Self-Mode-Locking. Optica Advanced Photonics Congress 2022, SoTh2I.2. Optica Publishing Group.
Kirsch, D. C.; Vařák, P.; Honzátko, P.; Peterka, P. & Chernysheva, M.
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Towards a Self-Starting All-Fibre All-Normal Dispersion Mamyshev Oscillator in the 2 μm Band. 2023 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe & European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC), 1-1. IEEE.
Kirsch, Dennis C.; Likhachev, Mikhail E.; Aleshkina, Svetlana S.; Yashkov, Mikhail V. & Chernysheva, Maria
