Semiconductor devices for optical pulse manipulation and power scaling

Abstract

Ultrafast fiber systems, particularly those using passively mode-locked fiber lasers, have found a wide variety of applications to date. In these systems, it is often desirable to lower the repetition rate of the laser, especially when pulse energy is a major issue. This is routinely done with so-called pulse-picking elements, i.e. devices capable of selecting individual pulses from the optical pulse train. Because of the limitations and high cost of such devices currently available, there is a strong need for a small footprint, fiber compatible, low-loss pulse picker that exhibits a high extinction ratio and has a relatively large modulation bandwidth. A promising candidate for this purpose could be based on a low-confinement semiconductor optical amplifier. In the work, such an element was fabricated and its properties were evaluated. Another research area of the work concentrated on methods of power scaling of semiconductor pump sources to be used in high-power fiber lasers and amplifiers.

AB3:Useimmat nykyisin käytössä olevista pulssinvalitsimista ovat elektro- tai akusto-optisia modulaattoreita, joita voidaan kytkeä nopeasti, siis lyhyt kytkentäaika ja jotka estävät tehokkaasti ei-toivottujen pulssien kulun, siis suuri erotussuhde. Ultranopeiden kuitujärjestelmien etujen säilyttämiseksi tarvitaan kuitenkin kompakti, edullinen ja kuituyhteensopiva pulssinvalitsin, joka ei aiheuta suuria häviöitä systeemiin, siis pieni väliinkytkentähäviö. Nykyisin käytettävissä olevat kaupalliset pulssinvalitsimet eivät täytä näitä vaatimuksia riittävässä määrin, mutta eräs varteenotettava vaihtoehto on käyttää matalan rajoituskertoimen (engl. low-confinement) optista puolijohdevahvistinta pulssinvalintaelementin perustana, kuten diplomityössä osoitettiin. Diplomityön toinen tutkimusalue käsitteli puolijohdepumppulaserien tehon skaalausta suurtehokuitulasereissa ja -vahvistimissa. Diplomityössä tutkittiin kuitulaserin päätypumppausta kuitukimppujen (engl. fiber bundle) avulla. Diplomityössä osoitettiin matalan rajoituskertoimen optiseen puolijohdevahvistimeen perustuva pulssinvalintaelementti toimivaksi konseptiksi. Lisäksi, puolijohdepumppulaserien tehon skaalaukseen suurtehokuitulasereissa ja -vahvistimissa kehitetty menetelmä, kuitukimppujen käyttö päätypumppaukseen, osoitettiin erittäin tehokkaaksi.