המחברים מבקשים להודות נוצרי אוליבייה ופיליפ קרטיין לעזרת ערך בנוגע אלקטרוניקה, אריק ג&#39;ירארד ב GIGA קונספט Inc. לתמיכה עם בקר הקיטוב הממונע, הפרוף האמיתי Vallée להלוואה של polarimeter המסחרי ופרופסור מישל Piché לרבי דיונים פוריים . עבודה זו נתמכה על ידי Fonds דה משוכלל ונדיר קוויבק - טכנולוגיות et הטבע (FRQNT), מדעי הטבע וההנדסה מועצת המחקר של קנדה (NSERC) וקנדה קיץ ג&#39;ובס.

<ol>
	<li>Hofer, M., Fermann, M. E., Haberl, F., Ober, M. H., Schmidt, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mode+locking+with+cross-phase+and+selfphase+modulation.">Mode locking with cross-phase and selfphase modulation.</a> Opt. Lett. 16 (7), 502-504 (1991).</li><li>Haus, H. A., Ippen, E. P., Tamura, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Additive-pulse+modelocking+in+fiber+lasers.">Additive-pulse modelocking in fiber lasers.</a> IEEE J. Quantum Electron. 30 (1), 200-208 (1994).</li><li>Hellwig, T., Walbaum, T., Gro&#223;, P., Fallnich, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+characterization+and+alignment+of+passively+mode-locked+fiber+lasers+based+on+nonlinear+polarization+rotation.">Automated characterization and alignment of passively mode-locked fiber lasers based on nonlinear polarization rotation.</a> Appl. Phys. B. 101 (3), 565-570 (2010).</li><li>Radnatarov, D., Khripunov, S., Kobtsev, S., Ivanenko, A., Kukarin, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automatic+electronic-controlled+mode+locking+self-start+in+fibre+lasers+with+non-linear+polarization+evolution.">Automatic electronic-controlled mode locking self-start in fibre lasers with non-linear polarization evolution.</a> Opt. Express. 21 (18), 20626-20631 (2013).</li><li>Shen, X., Li, W., Yan, M., Zeng, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electronic+control+of+nonlinear-polarization-rotation+mode+locking+in+Yb-doped+fiber+lasers.">Electronic control of nonlinear-polarization-rotation mode locking in Yb-doped fiber lasers.</a> Opt. Lett. 37 (16), 3426-3428 (2012).</li><li>Andral, U., Si Fodil, R., Amrani, F., Billard, F., Hertz, E., Grelu, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber+laser+mode+locked+through+an+evolutionary+algorithm.">Fiber laser mode locked through an evolutionary algorithm.</a> Optica. 2 (4), 275-278 (2015).</li><li>Olivier, M., Gagnon, M. D., Pich&#233;, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+mode+locking+in+nonlinear+polarization+rotation+fiber+lasers+by+detection+of+a+discontinuous+jump+in+the+polarization+state.">Automated mode locking in nonlinear polarization rotation fiber lasers by detection of a discontinuous jump in the polarization state.</a> Opt. Express. 23 (5), 6738-6746 (2015).</li><li>Ulrich, R., Simon, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polarization+optics+of+twisted+single-mode+fibers.">Polarization optics of twisted single-mode fibers.</a> Appl. Opt. 18 (13), 2241-2251 (1979).</li><li>Chong, A., Logan, L. R., Wise, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+fiber+lasers+based+on+self-similar+pulse+evolution:+a+review+of+current+progress.">Ultrafast fiber lasers based on self-similar pulse evolution: a review of current progress.</a> Rep. Prog. Phys. 78 (11), 113901 (2015).</li><li>Komarov, A., Leblond, H., Sanchez, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theoretical+analysis+of+the+operating+regime+of+a+passively-mode-locked+fiber+laser+through+nonlinear+polarization+rotation.">Theoretical analysis of the operating regime of a passively-mode-locked fiber laser through nonlinear polarization rotation.</a> Phys. Rev. A. 72, 063811 (2005).</li><li>Kobtsev, S., Smirnov, S., Kukarin, S., Turitsyn, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mode-locked+fiber+lasers+with+significant+variability+of+generation+regimes.">Mode-locked fiber lasers with significant variability of generation regimes.</a> Optical Fiber Technology. 20 (6), 615-620 (2014).</li><li>Kobtsev, S., Kukarin, S., Smirnov, S., Turitsyn, S., Latkin, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+double-scale+femto/pico-second+optical+lumps+in+mode-locked+fiber+lasers.">Generation of double-scale femto/pico-second optical lumps in mode-locked fiber lasers.</a> Opt. Express. 17 (23), 20707-20713 (2009).</li><li>Churkin, D. V., Sugavanam, S., Tarasov, N., Khorev, S., Smirnov, S. V., Kobtsev, S. M., Turitsyn, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stochasticity+periodicity+and+localized+light+structures+in+partially+mode-locked+fibre+lasers.">Stochasticity periodicity and localized light structures in partially mode-locked fibre lasers.</a> Nat. Commun. 6, 7004 (2015).</li><li>Duling, I. N., Chen, C. J., Wai, P. K. A., Menyuk, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Operation+of+a+nonlinear+loop+mirror+in+a+laser+cavity.">Operation of a nonlinear loop mirror in a laser cavity.</a> IEEE J. Quantum Electron. 30 (1), 194-199 (1994).</li><li>Krempzek, K., Grzegorz, S., Kaczmarek, P., Abramski, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+sub-100+fs+stretched-pulse+205+MHz+repetition+rate+passively+mode-locked+Er+doped+all-fiber+laser.">A sub-100 fs stretched-pulse 205 MHz repetition rate passively mode-locked Er doped all-fiber laser.</a> Laser Phys. Lett. 10, 105103 (2013).</li><li>Shtyrina, O., Fedoruk, M., Turitsyn, S., Herda, R., Okhotnikov, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolution+and+stability+of+pulse+regimes+in+SESAM-mode-locked+femtosecond+fiber+lasers.">Evolution and stability of pulse regimes in SESAM-mode-locked femtosecond fiber lasers.</a> J. Opt. Soc. Am. B. 26 (2), 346-352 (2009).</li></ol>

החוקרים אין לי מה לחשוף.

הוכח כי אפשר להפוך את ML של לייזרי טבעת סיבי NPR באמצעות לולאת משוב מבוססת על מדידות קיטוב פלט. כדי לממש משימה זו חשוב להכניס PSC מתכווננת בחלל. מצמד הפלט של החלל חייב להיות ממוקם ממש לפני המקטב כדי לראות הבדל בין מדינת הקיטוב של אות CW ואיתות דופקת (איור 2). השבירה ה...

מטרת מאמר זה היא להציג הליך יישור אוטומציה לקבל נעילה במצב (ML) ב לייזרי סיבים סיבוב הקיטוב קוי. הליך זה מבוסס על שני צעדים חיוניים: גילוי משטר ML ידי מדידת הקיטוב של אות המוצא של הליזר ולאחר מכן הקים מערכת בקרה עצמית מהתחילה ועד להגיע ML. לייזרי סיבים הפכו לכלי חשוב אופטיקה בימינו. הם מהווים מקור יעיל של אור קוהרנטי האינפרה-אדום קרוב והם נמצאים כעת הרחיבו לתוך חלק אמצע אינפרא האדום של הספקטרום האלקטרומגנטי. העלות והקלה שימוש הנמוך שלהם עשו להם חלופה אטרקטיבית למקורות אחרים של אור קוהרנטי כגון לייזרים של מצב מוצק. לייזרי סיבים גם יכולים לספק פולסים אולטרה קצרים (100 fsec או פחות) כאשר מנגנון ML מוכנס בתוך חלל הסיבים. ישנן דרכים רבות לעצב מנגנון ML זה כגון מראות לולאה קוי ובולמי saturable. אחד מהם, ו בשימוש נרחבאו בפשטותו, מבוססת על סיבוב קיטוב קוי (NPR) של האות 1,2. היא משתמשת עובדת אליפסת הקיטוב של האות עוברת מידתית סיבוב עוצמתו בעת התנועה בסיבית של חלל הליזר. על ידי החדרה מקטב בחלל, זה NPR מוביל להפסדים תלויים עוצמים במהלך הלוך ושוב של האות. הלייזר יכול אז ייאלץ ML ידי שליטה על מצב הקיטוב. ביעילות, מנות ההספק הגבוה של האות תהיינה נתונות להנמיך הפסדים (איור 1) וזה יוביל בסופו של דבר להיווצרות של פולסים אולטרה קצרים של אור כאשר הליזר הופעל ומתחיל מ אות רועשת צריכת חשמל נמוכה. עם זאת, החיסרון של שיטה זו הוא כי מבקר המדינה הקיטוב (PSC) חייב להיות מתואם כראוי כדי לקבל ML. בדרך כלל, מפעיל מוצא את ML ידנית על ידי שינוי המיקום של PSC וניתוח אות המוצא של הלייזר עם p מהרhotodiode, מנתח ספקטרום אופטי או אוטומטי קורלטור אופטית לא לינארית. ברגע פליטת פולסים מזוהה, המפעיל מפסיק שינוי המיקום של PSC מאז הלייזר הוא ML. ברור מקבל את לייזר-ההתחלה עצמית מובילה אוטומטית רווח חשוב יעילות. הדבר נכון במיוחד כאשר הליזר כפוף הפרעות שינוי היישור או תצורת החלל מאז המפעיל צריך לעבור את הליך היישור שוב ושוב. בעשור האחרון, שיטות שונות הוצעו על מנת להשיג אוטומציה זה. Hellwig et al. 3 השתמשו squeezers פייזו אלקטריים לשלוט הקיטוב בשילוב עם ניתוח מלא של המדינה הקיטוב של האות עם polarimeter כל סיב חטיבת-של-משרעת לזהות ML. Radnarotov et al. 4 בשימוש PSCs צלחת גביש נוזלי עם ניתוח מבוסס על הספקטרום RF לזהות ML. Et שן al. 5 בשימוש squeezers פייזו אלקטרייםלשלוט קיטוב ומערכת דלפק פוטודיודה / במהירות גבוהה כדי לזהות ML. לאחרונה, באסטרטגיה המבוססת על אלגוריתם אבולוציוני הוצג שבו זיהוי מסופק על ידי פוטודיודה ברוחב פס גבוה בשילוב עם autocorrelator מסדר שני intensimetric ו מנתח הספקטרום האופטי. השליטה מתבצעת אז עם שני PSCs מונע אלקטרוני בתוך החלל 6. מאמר זה מתאר דרך חדשנית לגילוי ML ויישומו טכניקה אוטומציה לאלץ את סיב לייזר כדי ML. הגילוי של ML של הלייזר מושגת על ידי ניתוח האופן שבו המדינה קיטוב הפלט של האות משתנה כמו הזווית של PSC הוא נסחף. כפי שיפורט להלן, גם מעבר ML קשור שינוי פתאומי מדינת הקיטוב לזיהוי על ידי מדידה אחד הפרמטרים סטוקס של אות המוצא. העובדה דופקת הוא אינטנסיבי יותר מאשר אות CW ו יעבור exp NPR חשוב יותרlains השינוי הזה. מאז הפלט של הליזר ממוקם שערב המקטב בחלל, מדינת הקיטוב של דופק במיקום זה שונה ממדינת הקיטוב של אות CW (איור 2) ותשמש להיפלות מדינת ML. היבטים תיאורטיים של הליך זה והיישום הניסיוני הראשון שלה הוצגו אוליבייה et al. 7. במאמר זה, הדגש יהיה על ההיבטים הטכניים של ההליך, מגבלותיו ויתרונותיו. טכניקה זו היא פשוטה יחסית ליישם ואינו דורש מכשירי מדידה מתוחכמים כדי לזהות את המדינה ML ולמכן את היישור של לייזר כדי לקבל ML. PSC מתכווננת חיצונית באמצעות ממשק לתכנות נדרש. PSCs שונים יכול לשמש באופן עקרוני: squeezers פייזו-חשמליים, גביש נוזלי, גל-צלחות לסובב על ידי מנוע, גבישים אופטיים מגנטו או o PSC מבוסס כל סיב ממונעn סחיט שסובב הסיבים 8. במאמר זה, האחרון משמש, גידול PSC יאו-סוג ממונע כל סיב. כדי לזהות את מדינת קיטוב polarimeter המסחרי יקר ניתן להשתמש. עם זאת, מאז רק את הערך של פרמטר סטוקס הראשון נדרש, קרן splitter קיטוב בשילוב עם שתי פוטודיודות יספיק כפי שמוצג במאמר זה. כל המרכיבים הללו הם זולים עבור לייזרי סיבים ארביום מסוממים בשימוש נרחב. לולאת משוב המבוססת על הליך זה יכול למצוא ML בעוד כמה דקות. זמן תגובה זו מתאים עבור מרבית היישומים של לייזרי סיבים ו ניתן להשוות את הטכניקות הקיימות האחרות. למעשה, זמן התגובה הוא מוגבל על ידי האלקטרוניקה להשתמש כדי לנתח את הקיטוב של האות. לבסוף, למרות הנוהל מוחל כאן לייזר סיב similariton 9 מסוממים ארביום, זה יכול לשמש לכל סיב לייזר מבוסס NPR בהקדם הציוד הנ&quot;ל או equivalen שלהt הופך להיות זמין על הגל של עניין.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="903">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Bare-Fiber adaptor</td>
			<td style="width:163px;">Bullet</td>
			<td style="width:183px;">NGB-14</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:391px;">Drop-in polarization controller</td>
			<td style="width:163px;">General Photonics Corp.</td>
			<td style="width:183px;">Polarite PLC-006</td>
			<td>Manual polarization controller.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:391px;">DSP In-line polarimeter</td>
			<td style="width:163px;">General Photonics Corp.</td>
			<td style="width:183px;">POD-101D PolaDetect</td>
			<td>Polarimeter with USB/serial computer connectivity.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Fiber Cleaver</td>
			<td style="width:163px;">Fitel</td>
			<td style="width:183px;">S323</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">FiberPort</td>
			<td style="width:163px;">Thorlabs Inc.</td>
			<td style="width:183px;">PAF-X-2-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Fixed Fiber-to-Fiber Coupler Bench</td>
			<td style="width:163px;">Thorlabs Inc.</td>
			<td style="width:183px;">FBC-1550-APC</td>
			<td>Any optical bench could be used. A 3-way bench would even be better.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Fusion Splicer</td>
			<td style="width:163px;">Fujikura</td>
			<td style="width:183px;">FSM-40PM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">High resolution all fiber polarization controller</td>
			<td style="width:163px;">Giga Concept Inc.</td>
			<td style="width:183px;">GIG-2201-1300</td>
			<td>All-fiber motorized polarization controller with USB computer connectivity.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">InGaAs PIN PD module</td>
			<td style="width:163px;">Optoway</td>
			<td style="width:183px;">PD-1310</td>
			<td>Pigtailed photodiode.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Instrument communication interface</td>
			<td style="width:163px;">National Instruments</td>
			<td style="width:183px;">NI MAX</td>
			<td>It comes packaged with National Instruments drivers (NI-VISA, NI-DAQmx, etc.)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Operational amplifier</td>
			<td style="width:163px;">Texas Instruments</td>
			<td style="width:183px;">TLO81ACP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Optical Powermeter</td>
			<td style="width:163px;">Newport</td>
			<td style="width:183px;">818-IS-1 with 1835-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Optical spectrum analyzer</td>
			<td style="width:163px;">Anritsu</td>
			<td style="width:183px;">MS9710C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Oscilloscope</td>
			<td style="width:163px;">Tektronix</td>
			<td style="width:183px;">TDS2022</td>
			<td>Oscilloscope with GPIB computer connectivity.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Polarizing beamsplitter module</td>
			<td style="width:163px;">Thorlabs Inc.</td>
			<td style="width:183px;">PSCLB-VL-1550</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Polyimide Film Tape</td>
			<td style="width:163px;">3M</td>
			<td style="width:183px;">5413</td>
			<td>Tape to fix the components on the table without damaging the fibers.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Graphical programming language interface (GPLI)</td>
			<td style="width:163px;">National Instruments</td>
			<td style="width:183px;">LabVIEW</td>
			<td>Interface to program in G Programming Language and communicate with laboratory instruments.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:391px;">Polarimeter controlling software</td>
			<td style="width:163px;">General Photonics Corp.</td>
			<td style="width:183px;">PolaView</td>
			<td>Comes with the polarimeter General Photonics POD-101D.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

automation of mode locking in a nonlinear polarization rotation fiber laser through output polarization measurements

כאשר לייזר הוא נעול במצב, הוא פולט רכבת של פולסים אולטרה קצר בשיעור החזרה נקבע לפי אורך חלל לייזר. מאמר זה מתאר נוהל חדש וזול לכפות נעילה במצב ב לייזר סיב סיבוב הקיטוב קוי מראש מותאם. הליך זה מבוסס על זיהוי של שינוי פתאומי מדינת קיטוב הפלט בעת נעילה במצב מתרחשת. שינוי זה משמש לפקד על היישור של בקר קיטוב תוך החלל כדי למצוא תנאי נעילה-mode. באופן ספציפי יותר, הערך של הפרמטר סטוקס הראשון משתנה כאשר הזווית של הבקר הקיטוב הוא נסחף, ויתרה מזאת, הוא עובר וריאציה באחת, כאשר הלייזר נכנס למצב נעול במצב. ניטור וריאציה פתאומית זה מספק אות קלה לזהות מעשיות שיכולים לשמש לפקד על היישור של בקר הקיטוב ולנסוע הליזר לעבר נעילה במצב. ניטור זו מושג על ידי האכלת חלק קטןשל אות מנתח קיטוב מדיד פרמטר סטוקס הראשון. שינוי פתאומי הקריא של פרמטר זה מן המנתח יתרחש כאשר הליזר נכנס למצב נעול במצב. ברגע זה, בזווית הדרושה של בקר הקיטוב שלה נשארת קבועה. היישור הושלם. הליך זה מספק דרך חלופית נהלי אוטומציה קיימות להשתמש בציוד כגון מנתח ספקטרום אופטי, מנתח ספקטרום RF, פוטודיודה מחובר דופק ללא מרשם אלקטרוני או ערכת גילוי קוית המבוססת על ספיגת שני פוטונים או דור הרמוני שני. היא מתאימה למצב לייזרים נעול על ידי סיבוב הקיטוב קוי. זה יחסית קל ליישם, זה דורש אמצעי זול, במיוחד באורך גל של 1550 ננומטר, והיא מפחיתה את עלויות הייצור והתפעול שנגרמו בהשוואה לטכניקות הנ&quot;ל.

לייזרי סיבים במצב נעול NPR ידועים לספק מגוון רחב של משטרים פועמים כגון פולסים הממותג Q 10, קטניות ML קוהרנטית, קטניות כמו רעש, מצבים קשורים של פולסים ML, הרמוני ML ומבנים מורכבים של אינטראקצית ML פולסים 11. בשנת הליזר שתואר כאן, אחרי השבירה הכפולה ...

Watch this Scientific Journal Video about Automation of Mode Locking in a Nonlinear Polarization Rotation Fiber Laser through Output Polarization Measurements at JoVE.com

Automation of Mode Locking in a Nonlinear Polarization Rotation Fiber Laser through Output Polarization Measurements

A protocol to detect and automate mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser is presented. The detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs is used to command the alignment of an intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions.

אוטומציה של מצב נעילה בתוך לייזר סיב סיבוב קוי קיטוב באמצעות מדידות קיטוב פלט

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a ...

automation-mode-locking-nonlinear-polarization-rotation-fiber-laser

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Electrical Engineering

Engineering

Unit 1

Diagrams and Signal Flow Graphs

SCIENTISTS IN ACTION

11.3K Views.  Université Laval. A protocol to detect and automate mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser is presented. The detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs is used to command the alignment of an intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions.

Video: Automation of Mode Locking in a Nonlinear Polarization Rotation Fiber Laser through Output Polarization Measurements

Methods for Measuring the Orientation and Rotation Rate of 3D-printed Particles in Turbulence

Experimental methods are presented for measuring the rotational and translational motion of anisotropic particles in turbulent fluid flows. 3D printing technology is used to fabricate particles with slender arms connected at a common center. Shapes explored are crosses (two perpendicular rods), jacks (three perpendicular rods), triads (three rods in triangular planar symmetry), and tetrads (four arms in tetrahedral symmetry). Methods for producing on the order of 10,000 fluorescently dyed particles are described. Time-resolved measurements of their orientation and solid-body rotation rate are obtained from four synchronized videos of their motion in a turbulent flow between oscillating grids with R&#955; = 91. In this relatively low-Reynolds number flow, the advected particles are small enough that they approximate ellipsoidal tracer particles. We present results of time-resolved 3D trajectories of position and orientation of the particles as well as measurements of their rotation rates.

We use 3D printing to fabricate anisotropic particles in the shapes of jacks, crosses, tetrads, and triads, whose alignments and rotations in turbulent fluid flow can be measured from multiple simultaneous video images.

שיטות למדידת התמצאות סיבוב שעיר 3D מודפסות חלקיקי Turbulence

Experimental methods are presented for measuring the rotational and translational motion of anisotropic particles in turbulent fluid flows. 3D printing ...

Preparation and High-temperature Anti-adhesion Behavior of a Slippery Surface on Stainless Steel

Anti-adhesion surfaces with high-temperature resistance have a wide application potential in electrosurgical instruments, engines, and pipelines. A typical anti-wetting superhydrophobic surface easily fails when exposed to a high-temperature liquid. Recently, Nepenthes-inspired slippery surfaces demonstrated a new way to solve the adhesion problem. A lubricant layer on the slippery surface can act as a barrier between the repelled materials and the surface structure. However, the slippery surfaces in previous studies rarely showed high-temperature resistance. Here, we describe a protocol for the preparation of slippery surfaces with high-temperature resistance. A photolithography-assisted method was used to fabricate pillar structures on stainless steel. By functionalizing the surface with saline, a slippery surface was prepared by adding silicone oil. The prepared slippery surface maintained the anti-wetting property for water, even when the surface was heated to 300 &#176;C. Also, the slippery surface exhibited great anti-adhesion effects on soft tissues at high temperatures. This type of slippery surface on stainless steel has applications in medical devices, mechanical equipment, etc.

Slippery surfaces provide a new way to solve the adhesion problem. This protocol describes how to fabricate slippery surfaces at high temperatures. The results demonstrate that the slippery surfaces showed anti-wetting for liquids and a remarkable anti-adhesion effect on soft tissues at high temperatures.

הכנה והתנהגות אנטי אדהזיה בטמפרטורות גבוהות של משטח חלקלק-נירוסטה

Anti-adhesion surfaces with high-temperature resistance have a wide application potential in electrosurgical instruments, engines, and pipelines. A ...

Measurements of Soil Carbon by Neutron-Gamma Analysis in Static and Scanning Modes

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of gamma rays created when neutrons interact with soil elements. The main parts of the INS system are a pulsed neutron generator, NaI(Tl) gamma detectors, split electronics to separate gamma spectra due to INS and thermo-neutron capture (TNC) processes, and software for gamma spectra acquisition and data processing. This method has several advantages over other methods in that it is a non-destructive in situ method that measures the average carbon content in large soil volumes, is negligibly impacted by local sharp changes in soil carbon, and can be used in stationary or scanning modes. The result of the INS method is the carbon content from a site with a footprint of ~2.5 - 3 m2 in the stationary regime, or the average carbon content of the traversed area in the scanning regime. The measurement range of the current INS system is &#62;1.5 carbon weight % (standard deviation &#177; 0.3 w%) in the upper 10 cm soil layer for a 1 hmeasurement.

Here, we present the protocol for in situ measurement of soil carbon using the neutron-gamma technique for single point measurements (static mode) or field averages (scanning mode). We also describe system construction and elaborate data treatment procedures.

מדידות של פחמן בקרקע על ידי ניתוח ניוטרון-גמא חשמל סטטי וסריקה מצבי

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of ...

Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on exposing the specimen to longitudinal vibrations on its resonance frequency close to 20 kHz. With use of this method, it is possible to significantly decrease the time required for the test, when compared to conventional testing devices usually working at frequencies under 200 Hz. It is also used to simulate loading of material during operation in high speed conditions, such as those experienced by components of jet engines or car turbo pumps. It is necessary to operate only in the high and ultra-high cycle region, due to the possibility of extremely high deformation rates, which can have a significant influence on the test results. Specimen shape and dimensions have to be carefully selected and calculated to fulfill the resonance condition of the ultrasonic system; thus, it is not possible to test the full components or specimens of arbitrary shape. Before each test, it is necessary to harmonize the specimen with the frequency of the ultrasonic system to compensate for deviations of the real shape from the ideal one. It is not possible to run a test until a total fracture of the specimen, since the test is automatically terminated after initiation and propagation of the crack to a certain length, when the stiffness of the system changes enough to shift the system out of the resonance frequency. This manuscript describes the process of evaluation of materials' fatigue properties at high-frequency ultrasonic fatigue loading with use of mechanical resonance at a frequency close to 20 kHz. The protocol includes a detailed description of all steps required for a correct test, including specimen design, stress calculation, harmonizing with the resonance frequency, performing the test, and final static fracture.

A protocol for ultrasonic fatigue testing in the high and ultra-high cycle region in axial tension-compression loading mode.

עייפות אולטראסאונד בדיקה במצב מתח דחיסה

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on ...

Experimental Methods for Spin- and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy Combined with Polarization-Variable Laser

The goal of this protocol is to present how to perform spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy combined with polarization-variable 7-eV laser (laser-SARPES), and demonstrate a power of this technique for studying solid state physics. Laser-SARPES achieves two great capabilities. Firstly, by examining orbital selection rule of linearly polarized lasers, orbital selective excitation can be carried out in SAPRES experiment. Secondly, the technique can show full information of a variation of the spin quantum axis as a function of the light polarization. To demonstrate the power of the collaboration of these capabilities in laser-SARPES, we apply this technique for the investigations of spin-orbit coupled surface states of Bi2Se3. This technique affords to decompose spin and orbital components from the spin-orbit coupled wavefunctions. Moreover, as a representative advantage of using the direct spin detection collaborated with the polarization-variable laser, the technique unambiguously visualizes the light polarization dependence of the spin quantum axis in three-dimension. Laser-SARPES dramatically increases a capability of photoemission technique.

Here, we combine polarization-variable 7-eV laser with spin- and angle-resolved photoemission technique to visualize the spin-orbital coupling effect in solid states.

שיטות נסיוניות עבור ספין - ואת זווית-נפתרה ספקטרוסקופיה Photoemission בשילוב עם לייזר משתנה-קיטוב

The goal of this protocol is to present how to perform spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy combined with polarization-variable 7-eV laser ...

Measuring Magnetically-Tuned Ferroelectric Polarization in Liquid Crystals

Materials showing coupling phenomena between magnetism and (ferro)electricity, i.e., magnetoelectric effects, have attracted a great deal of attention due to their potential applications for future device technologies such as sensors and storage. However, conventional approaches, which usually utilize materials containing magnetic metal ions (or radicals), have a major problem: only a few materials have been found to show the coupling phenomena at room temperature. Recently, we proposed a new approach to achieve room-temperature magnetoelectrics. In contrast to conventional approaches, our alternative proposal focuses on a completely different material, a &#34;liquid crystal&#34;, free from magnetic metal ions. In such liquid crystals, a magnetic field can be utilized to control the orientational state of constituent molecules and the corresponding electric polarization through magnetic anisotropy of the molecules; it is an unprecedented mechanism of the magnetoelectric effect. In this context, this paper provides a protocol to measure ferroelectric properties induced by a magnetic field, that is, the direct magnetoelectric effect, in a liquid crystal. With the method detailed here, we successfully detected magnetically-tuned electric polarization in the chiral smectic C phase of a liquid crystal at room temperature. Taken together with the flexibility of constituent molecules, which directly affects the magnetoelectric responses, the introduced method will serve to allow liquid crystal cells to acquire more functions as room-temperature magnetoelectrics and associated optical materials.

In this report, we present a protocol to examine direct magnetoelectric effects, i.e., induction of ferroelectric polarization by applying magnetic fields, in liquid crystals. This protocol provides a unique approach, supported by the softness of liquid crystals, to achieve room-temperature magnetoelectrics.

מדידה מגנטית, מכוון קיטוב Ferroelectric גבישי נוזלי

Materials showing coupling phenomena between magnetism and (ferro)electricity, i.e., magnetoelectric effects, have attracted a great deal of attention due ...

Carrier Lifetime Measurements in Semiconductors through the Microwave Photoconductivity Decay Method

This work presents a protocol employing the microwave photoconductivity decay (&#956;-PCD) for measurement of the carrier lifetime in semiconductor materials, especially SiC. In principle, excess carriers in the semiconductor generated via excitation recombine with time and, subsequently, return to the equilibrium state. The time constant of this recombination is known as the carrier lifetime, an important parameter in semiconductor materials and devices that requires a noncontact and nondestructive measurement ideally achieved by the &#956;-PCD. During irradiation of a sample, a part of the microwave is reflected by the semiconductor sample. Microwave reflectance depends on the sample conductivity, which is attributed to the carriers. Therefore, the time decay of excess carriers can be observed through detection of the reflected microwave intensity, whose decay curve can be analyzed for estimation of the carrier lifetime. Results confirm the suitability of the &#956;-PCD protocol in measuring the carrier lifetime in semiconductor materials and devices.

As one of the important physical parameters in semiconductors, carrier lifetime is measured herein via a protocol employing the microwave photoconductivity decay method.

מדידות שלמים המוביל בתחום המוליכים למחצה דרך השיטה קרינת מיקרוגל Photoconductivity

This work presents a protocol employing the microwave photoconductivity decay (&#956;-PCD) for measurement of the carrier lifetime in semiconductor ...

Implementation of a Nonlinear Microscope Based on Stimulated Raman Scattering

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy uses near-infrared excitation light; therefore, it shares many multi-photon microscopic imaging properties. SRS imaging modality can be obtained using commercial laser-scanning microscopes by equipping with a non-descanned forward detector with proper bandpass filters and lock-in amplifier (LIA) detection scheme. A schematic layout of a typical SRS microscope includes the following: two pulsed laser beams, (i.e., the pump and probe directed in a scanning microscope), which must be overlapped in both space and time at the image plane, then focused by a microscope objective into the sample through two scanning mirrors (SMs), which raster the focal spot across an x-y plane. After interaction with the sample, transmitted output pulses are collected by an upper objective and measured by a forward detection system inserted in an inverted microscope. Pump pulses are removed by a stack of optical filters, whereas the probe pulses that are the result of the SRS process occurring in the focal volume of the specimen are measured by a photodiode (PD). The readout of the PD is demodulated by the LIA to extract the modulation depth. A two-dimensional (2D) image is obtained by synchronizing the forward detection unit with the microscope scanning unit. In this paper, the implementation of an SRS microscope is described and successfully demonstrated, as well as the reporting of label-free images of polystyrene beads with diameters of 3 &#181;m. It is worth noting that SRS microscopes are not commercially available, so in order to take advantage of these characteristics, the homemade construction is the only option. Since SRS microscopy is becoming popular in many fields, it is believed that this careful description of the SRS microscope implementation can be very useful for the scientific community.

In this manuscript, the implementation of a stimulated Raman scattering (SRS) microscope, obtained by the integration of an SRS experimental set-up with a laser scanning microscope, is described. The SRS microscope is based on two femtosecond (fs) laser sources, a Ti-Sapphire (Ti:Sa) and synchronized optical parametric oscillator (OPO).

יישום של מיקרוסקופ לא לינארית על בסיס פיזור ראמאן מגורה

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy uses near-infrared excitation light; therefore, it shares many multi-photon microscopic imaging properties. ...

A Photonic System for Generating Unconditional Polarization-Entangled Photons Based on Multiple Quantum Interference

We present a high-performance source of unconditional polarization-entangled photons that have a high-emission rate, a broadband distribution, are degenerated and postselection free. The property of the source is based on the multiple quantum interference effect with a round-trip configuration of a Sagnac interferometer. The quantum interference effects make it possible to use the high generation efficiency of the polarization-entangled photons to process parametric down-conversion, and separate degenerated photon pairs into different optical modes without a postselection requirement. The principle of the optical system was described and experimentally used to measure the fidelity and Bell parameters, and also to characterize the generated polarization-entangled photons from a minimum of six combinations of polarization correlated data. The experimentally obtained fidelity and Bell parameters exceeded the classical local correlation limit and are clear evidence of the generation of unconditional polarization-entangled photons.

We describe an optical system for the generation of unconditional polarization-entangled photons based on multiple quantum interference effects with a detection scheme to estimate the experimental fidelity of generated entangled photons.

מערכת Photonic ליצירת בפוטונים פוליריזציה מוחלטת המבוססת על הפרעות קוונטיות מרובות

We present a high-performance source of unconditional polarization-entangled photons that have a high-emission rate, a broadband distribution, are ...

Low-cost Custom Fabrication and Mode-locked Operation of an All-normal-dispersion Femtosecond Fiber Laser for Multiphoton Microscopy

A protocol is presented to build a custom low-cost yet high-performance femtosecond (fs) fiber laser. This all-normal-dispersion (ANDi) ytterbium-doped fiber laser is built completely using commercially available parts, including $8,000 in fiber optic and pump laser components, plus $4,800 in standard optical components and extra-cavity accessories. Researchers new to fiber optic device fabrication may also consider investing in basic fiber splicing and laser pulse characterization equipment (~$63,000). Important for optimal laser operation, methods to verify true versus apparent (partial or noise-like) mode-locked performance are presented. This system achieves 70 fs pulse duration with a center wavelength of approximately 1,070 nm and a pulse repetition rate of 31 MHz. This fiber laser exhibits the peak performance that may be obtained for an easily assembled fiber laser system, which makes this design ideal for research laboratories aiming to develop compact and portable fs laser technologies that enable new implementations of clinical multiphoton microscopy and fs surgery.

A method is presented to build a custom low-cost, mode-locked femtosecond fiber laser for potential applications in multiphoton microscopy, endoscopy, and photomedicine. This laser is built using commercially available parts and basic splicing techniques.

בעלות נמוכה ייצור מותאם אישית ומצב-הפעלה נעולה של כל נורמלי-נפיצה לייזר סיבים שנייה עבור מיקרוסקופ רב פוטון

A protocol is presented to build a custom low-cost yet high-performance femtosecond (fs) fiber laser. This all-normal-dispersion (ANDi) ytterbium-doped ...