Fiber optical parametric oscillator

Abstract

The parametric gain of a four-wave mixing (FWM) process in a configuration of a fiber optical parametric oscillator (FOPO) is one option to achieve the conversion of high peak power pulses at frequencies reachable with rare-earth doped fibers. The point is that rare-earth doped fiber lasers and amplifiers have restrictions in the wavelength coverage due to the available dopants and their electronic transitions. Thus, to extend this coverage, silica fibers are being used as nonlinear media to aid the frequency conversion process. The FOPO considered in this project consists of a 40 ps 1064 nm high peak-power pump laser, a well-characterized hybrid photonic crystal fiber (PCF) and a feedback system. Via FWM, the pump frequency is converted into new frequencies in the PCF, which can be feed back into the PCF and amplified, thereby creating a FOPO. The pump is converted to 1140 nm and 1000 nm through FWM in the hybrid PCF, and, even though all the components go through the FOPO recirculation system, only the 1000 nm component goes back into the hybrid PCF. The whole setup is based on free-space optics.

La ganancia paramétrica de un proceso de mezcla de cuatro ondas (four-wave mixing, FWM) en una configuración de un oscilador paramétrico de fibra óptica (fiber optical parametric oscillator, FOPO) es una vía para conseguir la conversión de pulsos de alta potencia de pico a frecuencias alcanzables mediante fibras dopadas con tierras raras. El hecho es que los láseres y amplificadores de fibra dopados con tierras raras tienen restricciones en cuanto a las longitudes de onda a cubrir, debido a los dopantes disponibles y sus transiciones electrónicas. Por ello, para ampliar la cobertura, fibras de sílice se usan como medios no lineales para ayudar al proceso de conversión de frecuencia. El FOPO usado en este proyecto consiste en un láser de alta frecuencia de pico bombeando a 1064 nm pulsos de 40 ps, una fibra de cristal fotónico (photonic crystal fiber, PCF) híbrida y un sistema de retroalimentación. Vía FWM, la frecuencia de bombeo se convierte en nuevas frecuencias dentro de la PCF, las cuales se pueden reintroducir en la PCF y amplificar, generando así el FOPO. La frecuencia de bombeo se convierte en una de 1140 nm y otra de 1000 nm a través de FWM en la PCF híbrida, y, aunque todas las componentes viajan a través del sistema de recirculación del FOPO, sólo la componente de 1000 nm vuelve a introducirse en la PCF híbrida. El montaje entero está basado en óptica en espacio libre.

El guany paramètric d’un procés de mescla de quatre ones (four-wave mixing, FWM) en una configuració d’un oscil·lador paramètric de fibra òptica (fiber optical parametric oscillator, FOPO) és un mètode per a aconseguir la conversió de polsos d’alta potència de pic a freqüències assolibles mitjançant fibres dopades amb terres rares. El fet és que els làsers i amplificadors de fibra dopats amb terres rares tenen restriccions pel que fa a les longituds d’ona a cobrir, degut als dopants disponibles i les seves transicions electròniques. Per això, per a ampliar la cobertura, fibres de sílice s’usen com a medis no lineals per a ajudar al procés de conversió de freqüència. El FOPO usat en aquest projecte consisteix en un làser d’alta freqüència de pic bombejant a 1064 nm polsos de 40 ps, una fibra de cristall fotònic (photonic crystal fiber, PCF) híbrida i un sistema de retroalimentació. Via FWM, la freqüència de bombeig es converteix en noves freqüències dins la PCF, les quals es poden reintroduir en la PCF i amplificar, generant així el FOPO. La freqüència de bombeig es converteix en una de 1140 nm i una altra de 1000 nm a través de FWM en la PCF híbrida, i, tot i que totes les components viatgen a través del sistema de recirculació del FOPO, només la component de 1000 nm torna a introduir-se en la PCF híbrida. El muntatge sencer està basat en òptica en espai lliure.