Fotonikus kristályszálak tervezése és alkalmazása femtoszekundumos optikai szállézerekben, erősítőkben valamint optikai parametrikus oszcillátorokban  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »

 

Projekt adatai

 
azonosító
76404
típus K
Vezető kutató Szipocs Róbert
magyar cím Fotonikus kristályszálak tervezése és alkalmazása femtoszekundumos optikai szállézerekben, erősítőkben valamint optikai parametrikus oszcillátorokban
Angol cím Design and application of photonic crystal fibers for femtosecond pulse optical fiber lasers, laser amplifiers and optical parametric oscillators
magyar kulcsszavak Fotonikus kristály optikai szálak, femtoszekundumos szállézerek, optikai parametrikus oszcillátorok
angol kulcsszavak Photonic crystal fibers, femtosecond pulse fiber lasers, optical parametric oscillators
megadott besorolás
Fizika (Matematikai, Fizikai, Kémiai és Mérnöki Tudományok)100 %
Ortelius tudományág: Optika
zsűri Fizika
Kutatóhely SZFI - Alkalmazott és Nemlineáris Optikai Osztály (MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont)
résztvevők Antal Péter Gyula
Cserteg András
Fekete Júlia
Péter Ágnes
Várallyay Zoltán Krisztián
projekt kezdete 2009-01-01
projekt vége 2013-12-31
aktuális összeg (MFt) 12.067
FTE (kutatóév egyenérték) 11.35
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás célja olyan speciális, fotonikus kristály szerkezetű optikai szálak modellezése, tervezése, minősítése és alkalmazása elsősorban a femtoszekundumos lézerfizika és optika területén, melyekben a fény terjedése nem a jól ismert teljes visszaverődésen, hanem az optikai vékonyréteg fizikából jól ismert többsugaras fényinterferencia jelenségén alapul. Ez lehetővé teszi olyan szerkezetek megvalósítását, amelyekben a fény nem üvegben, hanem levegőben terjed, így a femtoszekundumos lézerimpulzusok a nagy csúcsintenzitások ellenére ellenére viszonylag kis nemlinearitás hatást eredményeznek. Ezeket az optikai szálakat üreges fotonikus kristály vagy Bragg szálaknak nevezik. A jelenleg ismert, kereskedelmi forgalomban pár éve már kapható üreges szálak optikai tulajdonságai, így a spektrális átviteli és diszperziós tulajdonságai viszont közel sem ideálisak: a fotonikus kristály szálak elvileg alkalmasak lennének több száz nanométeres tartományon (pl. 800 és 2200 nm között) veszteségmentesen átvinni a fényt, viszont a gyakorlatban ez 100-150 nm-es tartományra korlátozódik az un. felületi illetve leaking-módusok problémája miatt. Másik fontos korlát a jelenleg ismert üreges szálak esetében, hogy a vezetése tartományon belül a tipikusan anolmális diszpezió mellett meglevő harmadrendű diszperzió (dispersion slope) értéke erősen eltér nullától és ennek előjele és nagysága a jelenleg ismert szerkezetekkel nem befolyásolható. Pályázatunk célja, hogy megfelelő egydimenziós modell (mátrix módszer) illetve kétdimenziós modellek (pl. végeselem módszer) alkalmazásával olyan szerkezeteket találjunk, amelyek mentesek a fenti problámáktól.

További célunk, hogy olyan impulzus üzemű, Yb alapú szállézereket építsünk, amelyeknek 1 mikron körüli diszperziókompenzálását anomális diszperzióval rendelkező, üreges fotonikus kristály szálak alkalmazásával oldjuk meg. Az így megépített száloszcillátor kimenő átlagteljesítménye - a jelentősen lecsökkentett nemlineáris hatások következtében - közel két nagyságrenddel nagyobb lehet, mint pl. a korábban alkalmazott megoldások esetében. Megfelelő 1 mikronon működő szálerősítő és kompresszor egység elkészülte után olyan ultraszélessávú optikai parametrikus oszcillátor (OPO) kifejlesztését és megépítését tervezzük, mely lehetővé teszi 20 fs-nál rövidebb impulzusokat előállító, PPLN kristályon alapuló OPO megépítését 1.55 mikron körüli középhullámhosszal a fenti ismertetett szállézer alkalmazásával.
angol összefoglaló
The aim our research is modeling, design, test and application of such special photonic crystal fibers in the field of femtosecond pulse laser physics, in which light propagation, in contrast to the well known total internal reflection phenomenon, is based on the multiple interference phenomenon of light. It makes possible to design such two-dimensional waveguide structures, in which the light propagates in air resulting in very low nonlinear effects even for high peak intensity femtosecond pulses. This kind of fibers are often referred to as hollow core photonic bandgap or Bragg fibers. Unfortunately, present hollow core fibers offer limited performance regarding spectral transmission and dispersion: in principle, they would allow deliver light over hundreds of nanometers (e.g. from 800 nm to 2200 nm), but their transmission band is typically limited to 100-150 nm-s because of the so called leaking and/or surface modes. Another serious limitation is that beside the typical anomalous second order dispersion (D) they exhibit a non zero dispersion slope (S), the sign and the amount of which could be hardly affected by present design methods. On the basis of theoretical investigation using 1D (transfer matrix method) and 2D (e.g., finite element method) models, the aim of our research is to find such structures which are free from the problems listed above.

We plan constructing pulsed Yb fiber lasers in which the dispersion is controlled by hollow core photonic crystal fibers providing anomalous dispersion at around 1 micron. The average power of such a fiber laser could be nearly two orders of magnitude higher than in case of previous solutions due to the considerably reduced nonlinear effects. Having built a fiber amplifier with proper compressor for pumping, we plan developing az ultra-short pulse, PPLN based optical parametric oscillator delivering sub-20 fs pulses at around 1.55 micron.





 

Zárójelentés

 
kutatási eredmények (magyarul)
Elsőként elméletileg megmutattuk az optikai szálakban a tárolt energia, a transzmissziós csoportkésleltetés és a móduseloszlás közötti kapcsolatot, mely megfelelő elméleti alapot teremtett adott diszperziós függvénnyel rendelkező légmagos vagy üvegmagos fotonikus kristály szálak illetve Bragg-szálak megtervezéséhez, amelyek előnyösen használhatók mind az ultrarövid impulzusú lézertechnikában (alakhű átvitel, impulzus kompresszió, nemlineáris frekvenciakonverzió optikai szálakban), mind az optikai telekommunikációs rendszerekben. További fontos eredményünk volt az első teljesen szálintegrált, nemlineáris polarizációforgatáson alapuló femtoszekundumos Yb-oszcillátor kifejlesztése, elméleti és kisérleti vizsgálata. Az ehhez megépített Yb-erősítő rendszert CARS mikroszkópiás mérésekben alkalmaztuk, melynek magimpulzusaként elsőként alkalmaztunk kismagátmérőjű szálban Ti-zafír lézer impulzusaiból előállított 1030 nm környékén előállított lézerimpulzusokat.
kutatási eredmények (angolul)
For the first time we have shown the relationship among the stored energy, transmission group delay and mode-field distribution in optical fibers. Using this theoretical results, we have constructed solid- and hollow-core photonic bandgap and photonic crystal fibers for applications in ultrafast laser technology (distortion free transmission, compression or frequency conversion of ultrashort optical pulses in fibers) or in optical telecommunication systems. Additionally, we have developed and investigated the first all-fiber, femtosecond pulse Yb-oscillators the operation of which is based on nonlinear polarization rotation in optical fibers. The Yb-fiber amplifier we built was applied for CARS microscopy measurements. The seed pulses of the amplifier (at around 1030 nm) were generated by frequency conversion of tunable femtosecond pulses of a Ti-sapphire laser in a small core PCF for the first time.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=76404
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

 
Fekete J, Cserteg A, Szipőcs R: All-fiber, all-normal dispersion ytterbium ring oscillator, Laser Physics Letters; 6 (1) 49-53, 2009
Várallyay Z, Saitoh K, Szabó Á, Szipőcs R: Photonic bandgap fibers with resonant structures for tailoring the dispersion, Optics Express; 17, 11869-11883, 2009
Várallyay Z, Saitoh K, Szabó Á, Kakihara K, Koshiba M, Szipőcs R: Reversed dispersion slope photonic bandgap fibers and femtosecond pulse propagation, Optical Fiber Communication Conference; OSA Technical Digest Series (Optical Society of America, 2009), paper JThA4, 2009
Saitoh K, Várallyay Z, Kakihara K, Koshiba M, Szipőcs R: Hollow-Core Photonic Bandgap Fibers with Broadband Negative Dispersion Slope, Conference of Lasers and Electro-Optics; OSA Technical Digest Series (Optical Society of America, 2009), paper JWA52, 2009
Fekete J, Cserteg A, Szipőcs R: Passively Mode-locked All-Fiber Ytterbium Oscillator with Integrated Hollow-Core Photonic Bandgap Fiber, Conference of Lasers and Electro-Optics Europe-IQEC; OSA Technical Digest Series (Optical Society of America, 2009), paper CJP21, 2009
Robert Szipocs, Peter Gyula Antal, Daniel Csati: An Inherently Synchronized Yb Fiber Laser Extension Unit for Broadly Tunable, Femtosecond Pulse Ti-sapphire Lasers for CARS Microscopy, Technical Digest of Lasers, Sources, and Related Photonic Devices (OSA OPTICS & PHOTONICS CONGRESS, 2012, ISBN 978-1-55752-933-6) Paper JTh2A.29, 2012
Daniel Csati, Robert Szipocs: Noise Characterization of a Mode-Locked, All-Fiber, All-Normal Dispersion Ytterbium Ring Oscillator Using Two-Channel Polarization Control by a Computer, Technical Digest of Lasers, Sources, and Related Photonic Devices (OSA OPTICS & PHOTONICS CONGRESS, 2012, ISBN 978-1-55752-933-6) Paper FTh3.1A.1., 2012
Antal P, Szipőcs R: Relationships among group delay, energy storage, and loss in dispersive dielectric mirrors, CHINESE OPTICS LETTERS 10(5), 053101 (2012), 2012
Kolonics A, Csáti D, Antal P, Szipőcs R: A simple, cost efficient fiber amplifier wavelength extension unit for broadly tunable, femtosecond pulse Ti-sapphire lasers for CARS microscopy, Technical Digest of Biomedical Optics and 3D Imaging (OSA, 2012) paper BSu3A.28., 2012
Várallyay Z, Antal P, Szipőcs R: Relation between Transmission Group Delay and Stored Energy in Optical Fibers, Technical Digest of Ultrafast Optics 2013 Conference, Paper MoP.19, 2013
Grósz T, Szipőcs R, Kovács A: Measurement of Polarization-dependent Chromatic Dispersion in a Birefringent Hollow-core Photonic Crystal Fiber Using Spectral Interferometry, Workshop on Specialty Optical Fibers and their Applications (OSA), 28-30 August 2013 Stockholm / Sigtuna, Sweden, paper F2.10, 2013
Grósz T, Kovács A, Kiss M, Szipőcs R: Measurement of higher order chromatic dispersion in a photonic bandgap fiber: comparative study of spectral interferometric methods, Appl. Optics, 53, 1929–1937, 2014
Várallyay Z, Szipőcs R: Stored Energy, Transmission Group Delay and Mode Field Distortion in Optical Fibers, IEEE J. Sel Top Quant Electron, in Special Issue on "Fiber Lasers", accepted for publication, 2014




vissza »