Effect of Spontaneous Emission on Self-Oscillations in Fiber Lasers with Micro-Optomechanical Resonant Structures

F. A. Egorov; Егоров Ф. А.; V. V. Nikitin; Никитин В. В.; V. T. Potapov; Потапов В. Т.

doi:10.31857/S0033849423020067

Effect of Spontaneous Emission on Self-Oscillations in Fiber Lasers with Micro-Optomechanical Resonant Structures

Authors: Egorov F.A.¹, Nikitin V.V.², Potapov V.T.¹
Affiliations:
1. Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics, Fryazino Branch, Russian Academy of Sciences
2. Moscow State University
Issue: Vol 68, No 2 (2023)
Pages: 177-187
Section: ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРАХ
URL: https://journals.rcsi.science/0033-8494/article/view/138118
DOI: https://doi.org/10.31857/S0033849423020067
EDN: https://elibrary.ru/LCVYWK
ID: 138118

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Within the balanced approximation of fiber lasers (FLs) considered as distributed systems, an improved mathematical model is constructed that describes the low-frequency dynamics of FLs with mirrors based on optomechanical micro-oscillators (MOs), taking into account the effect of spontaneous emission (SE) localized in the cladding modes of the active fiber (AF). The mechanisms of the effect of SE on the synchronous self-oscillations (SSOs) in the FL–MO laser system are revealed: additional inversion removal in the AF due to the finite path length of SE cladding mode photons in the FL active medium, violation of the condition for the internal resonance in the laser system, and perturbation of MO oscillations by photoinduced force caused by SE. By means of numerical simulation of SSOs in an erbium–ytterbium FL with an MO and experimental studies, the dependence of the SSO frequency on the geometric-optical parameters of the AF and the reflectivity of the AF–environment interface has been established, which can be used to improve the frequency stability of laser pulses in fiber sources of pulsed radiation and create a new class of resonant fiberoptic sensors.

Keywords

fiber lasers, optomechanical micro-oscillators, spontaneous emission, synchronous self-oscillations

References

Aspelmeyer M., Kippenberg T.J., Marquardt F. Cavity Optomechanics, Nano- and Micromechanical Resonators Interacting with Light. Heidelberg: Springer, 2014.
Гуляев Ю.В., Бугаев А.С., Быстров Р.П., Никитов С.А., Черепенин В.А. Микро- и наноэлектроника в системах радиолокации. М.: Радиотехника, 2013.
Bowen W.P., Milburn G.J. Quantum Optomechanics. Boca Raton: CRC Press, 2016.
Yang W., Gerke S.A., Ng K.W. et al. // Sci. Rep. 2015. V. 5. P. 13700. https://doi.org/10.1038/srep13700
Fabert M., Desfarges-Berthelmot A., Kermene V. et al. // Opt. Express. 2012. V. 20. № 20. P. 22895.
Егоров Ф.А., Потапов В.Т. // Квантов. электрон. 2012. Т. 42. № 9. С. 808.
Егоров Ф.А., Потапов В.Т., Мелькумов М.А. и др. // Письма в ЖТФ. 2014. Т. 40. № 8. С. 30.
Егоров Ф.А., Потапов В.Т. // Квантов. электрон. 2020. Т. 42. № 9. С. 808.
Princepe D., Wiederhecker G.S., Favero I. et al. // IEEE Photonics J. 2018. V. 10. № 3. P. 4500610.
Foley J.M., Ganesan A.V., Lawall J.R. et al. // Technical Dig. Conf. “Frontiers in Optics” Washington. 10–16 Oct. 2018. Washington: Opt. Soc. Amer, 2018. paper LW6F.1. https://doi.org/10.1364/LS.2018.LW6F.1
Xiang X., Jingwen M., Xiankai S. // Phys. Rev. A. 2019. V. 99. № 5. P. 053837.
Егоров Ф.А., Потапов В.Т. // Фотон–Экспресс. 2018. № 7. С. 4.
Buks E., Martin I. // Phys. Rev. E 2019. V. 100. № 3. P. 032202. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.100.032202
Бурков В.Д., Егоров Ф.А., Потапов В.Т. и др. // РЭ. 2000. Т. 45. № 7. С. 880.
Егоров Ф.А., Неугодников А.П., Никитин В.В. и др. // Вестн. МГУ. Сер. 3. Физика. Астрономия. 2009. № 6. С. 45.
Pavlova S., Tunckol E., Pavlov I. // Opt. Express. 2020. V. 28. № 12. P. 18368.
Stewart G. Vijazaghavan K., Whitenett G. et al. // J. Lightwave Technol. 2007. V. 25. № 7. P. 1786.
Bogdanovich M.V., Grigor’ev A.V., Kabanov V.V. et al. // Lithuanian J. Phys. 2010. V. 50. № 4. P. 413.
Ханин Я.И. Основы динамики лазеров. М.: Наука, 1999.
Ter-Mikirtychev V. V. Fundamentals of Fiber Lasers and Fiber Amplifiers. Cham: Springer, 2019. https://doi.org/10.1007/978-3-319-02338-0-9
Самсон А.М., Котомцева Л.А., Лойко Н.А. Автоколебания в лазерах. Минск: Навука i тэхнiка, 1990.
Красильников В.Н. Параметрические волновые явления в классической электродинамике. СПб.: Изд-во СПбГУ, 1996.
Ladaci A., Girard S., Mescia L. et al. // Proc. SPIE. 2018. V. 10524. P. 1052410. https://doi.org/10.1117/12.2290381
Галаган Б.И., Денкер Б.И., Егорова О.Н. и др. // Квантов. электрон. 2018. Т. 48. № 6. С. 550.
Hyo Y., Cheo P.K., King G.G. // IEEE J. Quantum Electron. 2005. V. 41. № 4. P.573.
Agrawal G.P. Nonlinear Fiber Optics. Waltham: Academic Press, 2012.
Хандохин П.А. Низкочастотная динамика лазеров с инерционной активной средой. Дис. … докт. физ.-мат. наук. Н. Новгород: Институт прикладной физики РАН, 2007. 301 с.
Ахманов С.А., Гусев В.Э. // Успехи физ. наук. 1992. Т. 162. № 3. С. 3.
Бабицкий В.И., Крупенин В.Л. Колебания в сильно нелинейных системах. М.: Наука, 1985.
Дмитриев А.К., Коновалов А.Н., Ульянов В.А. // Квантов. электрон. 2014. Т. 44. № 4. С. 309.
Ратнер А.М. Квантовые генераторы света с большим угловым расхождением. Киев: Наукова думка, 1970.
Раззахи Д., Хаджесмаилбаджи Ф., Рузбехани М. // Квантов. электрон. 2012. Т. 42. № 8. С. 671.
Barmenkov Y.O, Kiryanov A.V., Cruz J.L. et al. // IEEE J. Selected Topics in Quantum Electronics. 2014. V. 20. № 5. P. 1. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2014.2304423
Кизель В.А. Отражение света. М.: Наука, 1973.