The importance of passive mode locking of the fiber laser using the nonlinear Kerr effect has been stressed in recent years. In particular, passive mode locking of the all-fiber lasers using nonlinear fiber loop mirrors, such as the nonlinear optical loop mirror(NOLM) or the nonlinear amplifying loop mirror(NALM), has been shown to have a great potential for practical applications, e.g. high speed communication and fast optical switching.
In this paper, the characteristics of the NOLM, which is a key element for such passively mode-locked all-fiber lasers, were investigated. The reflectivity analysis of the NOLM by modeling the fiber loop as an elliptic retarder has given a good description about the polarization and spectral characteristics of the passively mode-locked pulses. The role that the loop birefringence plays in the passively mode-locked fiber laser system was understood through this study.
A stable and easy-starting passively mode-locked fiber laser, whose cavity was formed with a NALM at one end and a Faraday rotator mirror(FRM) at the other, was demonstrated. Our theoretical analysis based on the laser eigenmode theory showed several interesting features which explained how such stable and easy-starting passive mode locking was achieved when a FRM was inserted as one of the laser cavity mirrors. Our experimental observations have confirmed that, when a FRM was used in place of an ordinary planar mirror, passive mode locking started much more easily and passively mode-locked pulses were very stable. The width of the shortest pulse that we obtained was about 442fs assuming a Gaussian envelope, and the repetition rate was 4.3MHz which was equal to the inverse of one cavity round trip time.
A passively mode-locked figure-eight-laser(F8L) with a wavelength tunability and a harmonically mode-locked fiber laser with an all-fiber acousto-optic tunable filter(AOTF) were also briefly demonstrated. The tunable soliton F8L showed discrete tunability over the wavelength range from 1540nm to 1570nm. The repetition rate of the harmonically mode-locked laser was 15.23MHz, which corresponded to the 11th harmonics of the fundamental cavity mode frequency and to the 5th harmonic frequency of the AOTF.
최근 몇 년 동안 비선형 Kerr효과를 이용한 수동형 모드록킹의 중요성이 강조되어왔다. 특히 nonlinear optical loop mirror (NOLM)나 nonlinear amplifying loop mirror (NALM)와 같은 비선형 loop mirror를 이용한 광섬유레이저의 수동형 모드록킹이 극초속 광통신이나 극초속 스위치와 같은 실용적 응용으로의 큰 가능성이 있음이 보여졌다.
본 논문에서는 이러한 수동형 모드록킹된 광섬유레이저의 핵심요소인 NOLM의 특성을 조사하였다. 광섬유 loop을 일반적인 타원 복굴절을 갖는 것으로 모델링함으로써 구한 NOLM의 반사율 분석이 수동형 모드록킹된 펄스의 편광 및 스펙트럼 특성을 잘 설명함을 보였다. 이 연구를 통해 광섬유 loop의 복굴절이 수동형 모드록킹된 광섬유레이저에 미치는 영향 및 역할을 이해할 수 있었다.
NALM과 Faraday rotator mirror(FRM)로 레이저 공진기가 구성된 안정되고 starting이 쉬운 수동형 모드록킹 된 광섬유레이저가 구현되었다. 레이저의 eigen 모드 이론에 바탕을 둔 이론적 분석을 통해 보통의 평면거울 대신 FRM을 레이저 공진기의 한쪽 거울로 사용했을 때 어떻게 이러한 안정성과 starting의 용이함이 얻어지는지를 설명해 주는 몇 가지 흥미로운 결과들을 알아냈다. 실험을 통해 레이저 공진기를 보통의 평면거울 대신 FRM으로 구성했을 때 훨씬 수동형 모드록킹의 starting이 용이하고, 얻어진 펄스가 안정함을 보였다. 수동형 모드록킹된 펄스의 측정된 가장 짧은 폭은 Gaussian envelope을 가정했을 때 442 fs 였고, 펄스의 반복률은 공진 주파수에 해당하는 4.3 MHz 였다.
또한, 파장 tuning이 가능한 수동형 모드록킹된 figure-eight-laser(F8L)와 광섬유 acousto-optic tunable filter(AOTF)를 사용한 harmonic 모드록킹된 광섬유레이저가 간략히 소개되었다. 구성된 tuning 가능한 솔리톤 F8L는 1540 nm에서 1570 nm에 이르는 영역에서의 파장 tuning이 가능함이 보여졌다. Harmonic 모드록킹된 광섬유레이저의 반복률은 15.23 MHz였는데, 이것은 레이저 공진 모드 기본 주파수의 11번째 harmonics와 AOTF의 5번째 harmonic 주파수에 해당된다.