Center for the Advancement of Natural Discoveries using Light Emission TIM IME-LENS IN INDUCTION, SIM SIMILARITON- AND SO SOLITON- SH SHAPING TY TYPE PROCESSES FOR FE FEMTOSECOND LA LASER PULSE MANIPULATION AND CHARACTERIZATION Hrach Toneyan Thes esis is to o take e a candidate deg egree in in physics and math thematics Scientific advisor: Prof. L. Mouradian
Center for the Advancement of Natural Discoveries using Light Emission Goals of the thesis • Study of SC and STI with use of high-tech materials aimed at development of commercial prototype • Study of soliton -type processes for signal manipulation, particularly, experimental implementation of spectral analogue of pulse self- compression • Study of spectrons and similaritons for fs pulse characterization, to develop techniques of fs pulse duration and phase measurements 2
Center for the Advancement of Natural Discoveries using Light Emission Overview of the topic Problems of ultrafast optics • Ultrashort signal generation • Signal manipulation • Signal delivery • Signal characterization 3
Center for the Advancement of Natural Discoveries using Light Emission Պաշտպանության դրույթները Սպեկտրալ սեղմում և սպեկտրաժամանակային արտապատկերում Անոմալ դիսպերսիայով սնամեջ լուսատարի կիրառմամբ , որին որպես ոչ գծային միջավայր հաջորդում է ստանդարտ նորմալ դիսպերսիայով միամոդ լուսատարը , իրագործվում է ամբողջովին լուսատարային ժամանակային ոսպնյակի ՓԻՄ սարքավորումը , ֆեմտովայրկյանային իմպուլսների սպեկտրալ սեղմման համար : Ֆեմտովայրկյանային իմպուլսների սպեկտրաժամանակային արտապատկերման համար նախատեսված սիմիլարիտոնային ժամանակային ոսպնյակի ԳՀԳ սխեմայում , պրիզմային կամ ցանցային դիսպերսիոն հապաղման գծի նույնպիսի փոխարինումը սնամեջ լուսատարով ևս ապահովում է նրա հաջող գործունեությունը : Ֆեմտովայրկյանային լազերային իմպուլսների սպեկտրալ ինքնասեղմում 800 նմ կենտրոնական ալիքի երկարությամբ ֆեմտովայրկյանային լազերային իմպուլսների ինքնազդեցությունը սնամեջ լուսատարում , ուժեղ անոմալ դիսպերսիայի և թույլ Կեռի ոչգծայնության համակցված ազդեցության պայմաններում , բերում է սպեկտրալ ինքնասեղմմանը , սոլիտոնային ինքնասեղմման սպեկտրալ անալոգի տեսական կանխատեսման համապատասխան : Իմպուլսի տևողության չափման սիմիլարիտոնային մեթոդ Ֆեմտովայրկյանային լազերային իմպուլսների տևողությունը կարելի է որոշել անցկացնելով ճառագայթումը միամոդ լուսատարով , գեներացնելով նրանում ոչ գծային - դիսպերսիոն սիմիլարիտոն և չափելով նրա սպեկտրալ լայնությունն ու էներգիան : Սպեկտրոնի փուլային առանձնահատկությունները Սպեկտրոնային իմպուլսի ձևավորման պրոցեսում , դիսպերսիայի հեռու դաշտում , ինֆորմացիան ( ազդանշանի մոդուլացումը ) փոխանցվում է սպեկտրալ տիրույթից դեպի ժամանակային ոչ միայն ճառագայթման դաշտի ամպլիտուդի , այլև փուլի համար : Արդյունքում , ձևավորվում է իմպուլս , որը վերարտադրում է ինտենսիվության սպեկտրալ բաշխումը , իսկ փուլը ` սկզբնական սպեկտրալ փուլը ( ի հավելումն դիսպերսիայով մակածված պաբոլիկ փուլի ): 4
Center for the Advancement of Natural Discoveries using Light Emission Chapter I LITERATURE REVIEW AND OVERVIEW OF THESIS 5
Center for the Advancement of Natural Discoveries using Light Emission Chapter II SPECTRAL COMPRESSION OF FEMTOSECOND LASER RADIATION 6
Classic technique of SC SMF Ti:Sapphire OSA KLM DDL laser Intensity (a.u.) Intensity (a.u.) 11.3 nm 0.92 nm ~12x SC λ(nm) 795 785 800 λ (nm) 800 compressed spectrum input spectrum 7
All-fiber technique of SC SMF HCF Ti:Sapphire KLM OSA laser 1.3 nm 10.9 nm Intensity (a.u.) Intensity (a.u.) ~8.4x SC λ(nm) λ (nm) 798 808 788 808 input spectrum compressed spectrum 8
Similaritonic technique of SC M BS Ti:Sapphire DDL KLM laser Lens SMF M spectrometer SFG M Intensity (a.u.) Intensity (a.u.) 2.8nm 0.12nm ~23x SC 393.5 394 λ(nm) λ(nm) 390 394 compressed spectrum input spectrum 9
Prototype of STI device 400 λ[nm] 397.5 30 cm λ[nm] 397.5 400 commercial prototype of STI device two-peak pulse STI 10
All-fiber similaritonic technique of SC HCF M BS Ti:Sapphire KLM laser Lens SMF M SFG spectrometer M Intensity (a.u.) Intensity (a.u.) 0.2nm 10.1nm ~11x SC 400 800 λ(nm) 397.5 780 λ(nm) input spectrum compressed spectrum 11
Center for the Advancement of Natural Discoveries using Light Emission Summary of chapter II • 12x, 8.4x and 23.3x SC is obtained by classic, all-fiber and similaritonic techniques respectively • Studies of STI resulted in the commercial prototype demonstration • STI and similaritonic technique of SC is demonstrated in all-fiber setup 12
Center for the Advancement of Natural Discoveries using Light Emission Chapter III SPECTRAL SELF-COMPRESSION OF FEMTOSECOND RADIATION 13
Analytical discussion of Self-SC ~ ~ i 2 GVD: exp[ ( / ) / 2 ] , , 0 z L A z A D L 2 1 ( ) 2 0 D SPM: 2 ( , ) ( , 0 ) exp[ | , 0 | ] A t z A t in A t z 2 0 2 ( ) exp( / ) exp[ ( / )] A t iz L it z L 0 NL NL 2 1 [ | ( 0 , 0 ) | ] n A L 0 2 NL soliton effect compression L L < NL D self-spectral compression L L > NL D 14
Self-SC in HCF HCF Ti:Sapphire NDF OSA + AC KLM laser Δλ Τ AC (nm) (fs) 1375 8.5 7 1300 50 400 P (mW) 15 dependence of spectral width and AC duration from coupled power
Self-SC of a supercontinuum in an SMF pulse generation SMF Amplitude YAG longpass neutral polarizati Systems laser spectrometer crystal filter density on BS + amplifier filter self-SC power a.u. power a.u. self-compressed part of supercontinuum spectrum spectrum 0.5 0.5 ~4.1x self-SC 1280 1550 wavelength [nm] 1280 1550 wavelength [nm] 16
Self-SC of a randomly modulated pulse I/I 0 I/I 0 0.5 1.5 0 0 ω / Δω 0 t/ Δ t -10 -5 0 5 3 -6 -3 0 I/I 0 f/L D I/I 0 f/L D 50 0.5 0.5 50 0 0 0 0 t/ Δ t ω / Δω 0 -1 0 0 -1 17
Center for the Advancement of Natural Discoveries using Light Emission Summary of chapter III • Demonstration of the self-SC in an HCF with 30% spectral narrowing • 4.1x self-SC of part of supercontinuum radiation in an SMF • Demonstration of self-SC of randomly modulated pulses done by numerical modelling 18
Center for the Advancement of Natural Discoveries using Light Emission Chapter IV MEASUREMENT OF FEMTOSECOND PULSE DURATION AND PHASE USING SIMILARITONS AND SPECTRONS 19
Duration measurement similaritonic technique for Gaussian pulses AC SMF pulse spectrometer / shaping laser oscilloscope BS AC AC 180 12 similariton bandwidth [nm] -1000 1000 -1000 1000 similariton duration [ns] power [a.u.] power [a.u.] 7.2 60 0.8 2 dependence of spectral width of similariton 7 -7 [ns] -7 7 20 from input pulse AC duration
Shaping of spectron from three-peak pulses spectrum spectron pulse 0.05 1 1 intensity intensity intensity 0 0 0 -2 -200 0 200 0 2 -4 0 4 frequency time time pulse initial sp. phase spectron phase* 2 2 1 Spectral phase Phase Intensity -2 0 -2 -2 0 2 -200 0 -4 0 200 4 time frequency time 21
Phase of spectron shaped from two-peak pulse with initial SPM Frequency -3 0 3 1 1 1 pulse spectron spectrum Intensity Intensity Intensity 0 0 0 -5 5 0 -200 0 200 Time Time Frequency Frequency -3 3 0 -3 0 3 10 10 0.02 2 spectral phase spectron chirp Sp. phase Phase Frequency Time spectral chirp spectron phase -25 -25 -0.08 -6 -200 0 200 -200 0 200 Time Time 22
Center for the Advancement of Natural Discoveries using Light Emission Summary of chapter IV • Femtosecond laser pulse duration measurement technique is demonstrated for Gaussian, two-peak and compressed pulses numerically and experimentally • The transfer of phase information from spectral to temporal domain in the process of spectron pulse shaping is demonstrated numerically 23
Recommend
More recommend
