Генератор ультракоротких импульсов с высокой частотой следования

Полезная модель относится к лазерной технике, в частности к волоконным генераторам последовательностей ультракоротких солитоноподобных импульсов.
Одним из перспективных способов генерации ультракоротких импульсов c высокой частотой следования является использование эффекта модуляционной неустойчивости в одномодовых волоконных световодах с непрерывно убывающей по длине дисперсией групповых скоростей (ДГС) [US4741587, US4995690]. Данный эффект заключается в распаде модулированной волны в нелинейном световоде на последовательность ультракоротких импульсов, при котором частота следования генерируемых импульсов соответствует частоте модуляции исходной волны. При распространении излучения в однородном волокне процесс сжатия импульсов циклически сменяется дисперсионным уширением. Для неоднородных световодов с аномальной (отрицательной) ДГС, убывающей по модулю вдоль волокна, нарушение симметрии дисперсионного распределения приводит к необратимой компрессии импульсов. Таким образом, неоднородные по длине одномодовые нелинейные волоконные световоды с убывающей аномальной дисперсией перспективны в качестве источников последовательностей ультракоротких импульсов высокой пиковой мощности и высокой (субтерагерцовой) частотой следования.
Известна конструкция генератора высокочастотной последовательности ультракоротких импульсов солитонного типа - [Опт. и спектр., 2017, том 122, № 3, с. 135-142], схема которого представлена на фиг.1а. Основными его элементами являются: 1 - генератор модулированного излучения накачки, 2 - устройство ввода излучения в световод, 3 - одномодовое нелинейное оптическое волокно с неоднородным по длине распределением аномальной дисперсии (уменьшающейся по экспоненциальному закону), 4 - устройство вывода излучения. Принцип генерации импульсов заключается в следующем. За счет совместного действия нелинейных и дисперсионных эффектов происходит распад квазинепрерывной модулированной волны на последовательность ультракоротких импульсов, сопровождающийся одновременным уширением спектра.
Недостатками прототипа являются: необходимость использования неоднородных волокон большой длины, что приводит к повышению потерь; недостаточно высокая степень сжатия; сравнительно малая пиковая мощность генерируемых последовательностей импульсов. Для устранения указанных недостатков предложена данная полезная модель генератора, схема которого приведена на фиг. 1b. Здесь 5 - генератор модулированного излучения накачки, 6 - устройство ввода излучения в световод, 7 - однородное одномодовое нелинейное волокно, 8 - одномодовое нелинейное оптическое волокно с уменьшающейся по экспоненциальному закону аномальной дисперсией, 9 - устройство вывода излучения. Отличие от прототипа заключается в замене волокна-модулятора с экспоненциально убывающей дисперсией на каскадное волокно, состоящее из двух последовательно соединенных волокон: с постоянной и экспоненциально убывающей по длине дисперсией групповых скоростей. На фиг. 1с приведены распределения дисперсии групповых скоростей по длине волокна для двух случаев: зависимость 10 - соответствует схеме генератора, представленной на фиг. 1а, кривая 11 - схеме генератора на фиг. 1b.
Основной целью данной полезной модели является увеличение степени сжатия генерируемых импульсов и повышение их пиковой мощности.
Технический результат: повышение степени сжатия генерируемых последовательностей ультракоротких импульсов.
Технический результат достигается за счет замены волокна-модулятора с уменьшающейся по модулю аномальной дисперсией на модулятор, состоящий из последовательно соединенных волокон с аномальной постоянной по модулю дисперсией (премодулятор) и волокна с аномальной экспоненциально уменьшающейся по модулю дисперсией.
На фиг. 2а приведены зависимости максимальной (пиковой) мощности генерируемых последовательностей импульсов от длины световода. Кривая 12 соответствует прототипу - волокну со следующими параметрами: длина , нелинейность , распределенная вдоль волокна по экспоненциальному закону аномальная (отрицательная) ДГС
-1
со значением дисперсии на входе в световод  и параметром неоднородности м. Кривая 13 соответствует предлагаемому двухсекционному световоду со следующим распределением дисперсии по длине каждой из секций:
где  - длина однородной по длине секции (с постоянной дисперсией), остальные параметры имеют значения, отвечающие кривой 12.
На фиг. 2b приведены огибающие импульсов на выходе из односекционного волокна-модулятора с убывающей дисперсией. Замена начального отрезка волокна с убывающей дисперсией на сегмент волокна с постоянной аномальной дисперсией (фиг. 2с) способствует повышению модуляционного усиления на данном участке. Дополнительный выигрыш связан со снижением потерь из-за использования неоднородного волокна меньшей длины. В итоге, как можно видеть, достижение технического результата за счет использования нелинейного световода-модулятора из последовательно соединенных двух секций: с аномальной постоянной и экспоненциально уменьшающейся по модулю дисперсиями - позволяет значительно увеличить пиковую мощность генерируемых импульсов.
Таким образом, поставленная цель достигнута. Показано, что при использовании в волоконном генераторе последовательностей ультракоротких импульсов однородного волокна премодулятора с аномальной и постоянной по модулю дисперсией обеспечивается генерация последовательностей импульсов с более высокой степенью сжатия и пиковой мощностью, чем при использовании одиночных неоднородных световодов.