главная   оптика   волоконная оптика   спектроскопия   лазеры   лазерные системы
 
     
 
Оптика
Волоконная оптика /
  Распространение света в оптоволокне
  Изготовление и структура оптоволокна
  Волоконные лазеры и усилители
  Волоконные усилители
  Волоконные лазеры
  Мощные оптоволоконные лазеры и усилители
  Приборы и устройства на основе оптоволокна
  Оптоволоконная связь
  Комплектующие и оборудование для работы с оптоволокном
Спектроскопия
Лазеры
Лазерные системы
Телекоммуникации и связь
 
Выставки и конференции
Новости науки и лазерной техники
 
О проекте
Ссылки

 

1.5 мкм фемтосекундный оптоволоконный эрбиевый лазер

Оптоволокно, допированное эрбием, и оптические усилители на основе этого оптоволокна, имеют большую спектральную ширину полосы усиления с максимумом или в области 1535 нм, или в области больших длин волн, в частности 1550 нм, что зависит от структуры сердцевины волокна и уровня инверсии активной среды, которое зависит от длины оптоволокна, концентрации допирования и потерь в резонаторе.

Наиболее простой эрбиевый оптоволоконный лазер представлен на рисунке. Линейный лазерный резонатор ограничен с одной стороны полупроводниковым насыщаемым поглотителем, выполненным в качестве покрытия на отражающем зеркале (SESAM), а с другой стороны – срезом оптоволокна, на котором реализуется отражение Френеля (~4%). Накачка оптоволокна, допированного эрбием, производится лазерным диодом с достаточно низкой энергией выходного излучения. Длина оптоволокна определяет частоту повторения импульсов и их длительность, учитывая взаимосвязь нелинейных эффектов, дисперсии и параметров накачки.

Реализации более коротких импульсов можно добиться при использовании более сложных резонаторов. В частности, на Рис. 2 представлен оптоволоконный лазер с конфигурацией в виде восьмерки. Правое кольцо схемы представляет собой нелинейное петлевое зеркало (loop-mirror). Излучение, выходящее из главного резонатора (левое кольцо), в петлевом зеркале разделяется на две компоненты, распространяющиеся во встречных направлениях. Излучение, распространяющееся против часовой стрелки, проходит через по длинному участку нелинейного оптоволокна и затем усиливается на участке, допированном эрбием. Излучение, распространяющееся в обратном направлении, изначально усиливается в оптоволокне, допированном эрбием, при этом нелинейное изменение фазы в последнем случае оказывается больше. Если разница в нелинейном изменении фазы оказывается кратной π (идеальный случай), то обе компоненты излучения будут интерферировать на делителе и все излучение будет распространяться в нижнюю часть кольца основного резонатора; излучение, распространяющееся в обратном направлении будет остановлено изолятором Фарадея.

В случае применения данной схемы, усиление оказывается крайне небольшим для малых мощностей, однако для определенных значений мощности накачки наоборот реализуется значительное усиление. В целом, данная система функционирует как источник лазерного излучения с насыщаемым поглотителем, в которой усиление преимущественно реализуется для одного пика, тогда как интенсивность излучения вне данного пика не усиливается. Как результат, в подобной схеме формируются условия для генерации излучения в виде единичных импульсов, циркулирующих по резонатору.

В более простых случаях (как например в случае лазера с конфигурацией в виде восьмерки), хроматическая дисперсия внутри резонатора определяется исходя из формирования импульсов в виде солитонов (т.е. импульсов с сохраняющимся балансом нелинейных и дисперсионных эффектов). Создание такого импульса лазерного излучения, что он окажется солитоном, является следствием регулировки и подбора параметров оптоволокна и всей оптической системы (определенной комбинация значений хроматической дисперсии каждого из элементов, длина оптоволокна и др.). Несмотря на то, что данный подход дает возможность формировать импульсы с четко заданной формой и позволяет использовать достаточно простые математические методы анализа процессов, он имеет определенные ограничения по энергии импульса и его мощности, в основном в связи с нелинейными эффектами, которые проявляются в все более значительной степени при снижении времени импульса. Обычно, длительность импульсов не бывает меньше нескольких сотен фемтосекунд, энергия импульса находится в области пикоджоулей, а получаемая мощность импульса – всего несколько милливатт. Более высокая энергия импульсов (более 1 nJ) в случае пикосекундных импульсов была реализована только в случае включения в систему волоконной брэгговской решетки для увеличения аномальной дисперсии [10], однако в данном случае мы уже не можем говорить о наличии истинного солитонного импульса в лазере. В случае других подходов формирования условия синхронизации мод возможно получение импульсов больших энергий и меньшей длительности, однако при условии более сложной физики формирования импульсов и, очень часто, снижения их качества. При аккуратной оптимизации, фемтосекундные оптоволокнные эрбиевые лазеры могут формировать импульсы длительностью менее 100 фс, а иногда даже менее 50 фс. Обычное значение мощности таких лазеров составляет порядка нескольких десятков милливатт. Получение импульсов с большей энергией возможно в случае использования различных подходов к изменению дисперсии, о чем будет сказано ниже.

В дополнение к нелинейным петлевым зеркалам, имеется также некоторое количество других подходов искусственного формирования эффекта насыщаемых поглотителей. Наиболее популярным является использование нелинейного поворота поляризации, когда зависимое от мощности изменение поляризации используется в поляризационном элементе позволяет сформировать условие зависимости пропускания от мощности. На Рис. 3 представлена схема кольцевого лазера, построенного на основе данного принципа, который также может быть использован для линейных оптоволоконных лазеров. В целом, подобный подход сравним с формированием синхронизации мод в твердотельных лазерах на основе линз Керра, однако имеет серьезный недостаток – на работу лазера по такой схеме влияют любые изменения в поляризации проходящего излучения, которые часто могут возникать в результате наличия внешних эффектов, в частности изменений температуры. Данная проблема может быть решена при использовании оптоволокна с сохранением направления поляризации в комбинации с ротаторами Фарадея. Такой подход уже позволяет сформировать лазерные системы, независимые от внешних параметров окружающей среды, однако он сложен для реализации и не всегда может быть применен.

Кроме того, имеются оптоволоконные лазеры с активной синхронизацией мод при использовании внутререзонаторного модулятора, например типа Маха-Цендера. Подобные технологии очень важны в области оптоволоконных коммуникаций, когда требуется синхронизация различных источников.

 
Кафедра Лазерной техники БГТУ 'Военмех'

Онлайн-конвертер

 
         
 
  разработка сайта NINSIS   190005, Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1
тел/факс: +7 (812) 316-49-09
www.laser-portal.ru