Волоконные лазеры уки

1. Волоконный лазер с ПСМ за счет нелинейного вращения поляризации. Схема такого лазера отображена на следующем рисунке

Рис. 74

Излучение накачки на λ=1480 нм с помощью мультиплексора наводится в активное волокно активированным Er²⁺.

Мультиплексор – устройство с одним выходом и одним входом

В качестве компенсатора ДГС используется отрезок одномодового волокна, обладающего аномальной дисперсией на λ=1550 нм – SMF -28. Степень нужного двулучепреломления достигается с помощью регуляторов двулучепреломления, которые представляют собой несколько витков волокна SMF-28, число которых и радиус изгиба обеспечивает определенную степень двулучепреломления.

В качестве поляризатора используется изолятор Фарадея, который так же обеспечивает однонаправленный режим работы кольцевого лазера, т.е. излучение по кольцевому резонатору распространяется только в одном направлении.

Действие изолятора Фарадея отображено на следующем рисунке:

Рис. 75

В ячейке Фарадея под действием внешнего магнитного поля осуществляется поворот плоскости линейно поляризованного излучения на 45⁰. В итоге, изменение состояния поляризации излучения по кольцевому резонатору имеет следующий вид:

Рис. 76

Рамановский конвертер

За счет явления комбинационного рассеяния (явления Рамана) – неупругое рассеяние оптического излучения на молекулах вещества, сопровождающееся заметным изменением частоты излучения, можно преобразовать длину волны излучения 1.061 в 1.448 мкм.

Уменьшение частоты излучения, стоксово рассеяние, (соответственно увеличение длины волны) можно объяснить следующим рисунком:

При поглощении излучения молекула вещества переходит из основного энергетического состояния 1 в возбужденное состояние 2. При последующем переходе молекулы из возбужденного состояния в основное, она не на уровень 1, а на 1’, который является колебательным, вращательным энергетическим подуровнем уровня 1. В итоге испускается квант света с меньше энергией и соответственно с меньшей частотой (длина волны больше).

Схема диодного модуля накачки Yb³⁺ лазера с рамановским конвертером отображена на следующем рисунке:

Рис. 77

При большой интенсивности света, падающее излучение на молекулу и КР излучение действует на молекулу таким образом, что заставляют их еще больше колебаться на частоте Δν, соответствующей колебательному уровню. Это приводит к увеличения интенсивности рассеянного света, что в свою очередь усиливает колебания молекулы. Таким образом сам рассеянный свет вынуждает дальнейший процесс рассеяния. Такое рассеяние получило название [В]КР (вынужденное комбинационное рассеяние). Т.к. при [В]КР интенсивность рассеянного, т.е. излучения, преобразованного λ, больше, чем для КР, то именно [В]КР получило применение для преобразования частоты излучения.

Брегговские решетки (распределенный брегговский отражатель) – это слоистая структура, в которой коэффициент преломления материала периодически изменяется в одном пространственном направлении (перпендикулярно слоям).

При прохождении света через такую слоистую структуру он отражается от каждой границы раздела и интерферирует. В итоге брегговские решетки можно использовать как зеркала с высоким коэффициентом отражения и узкой спектральной шириной коэффициента отражения.

Для накачки рамановского конвертера используется Yb-лазер, который в свою очередь накачивается полупроводниковым лазером с λ=978. Резонатор волоконного Yb-лазера сформирован двумя внутриволоконными брегговскими решетками с длиной волны отражения 1061 нм.

В качестве АС рамановского волоконного конвертера используется одномодовый волоконный световод с сердцевиной на основе фосфоросиликатного стекла. В таком световоде за счет [В]КР генерируется излучение на двух длинах волн: 1.24 мкм, 1.48 мкм. Резонатор рамановского конвертера образован парами брегговских волоконных решеток с резонансными длинами волн отражения 1235 нм и 1478 нм. Кроме того для отражения непреобразованной части излучения Yb-лазера на выходе схемы находится брегговская решетка с резонансной длиной волны отражения 1061 нм. Квантовая эффективность рамановского конвертера может достигать 10-40%.

2. Субпикосекундные волоконные лазеры.

В случаях, когда необходимая τ_имп составляет единицы-десятки доли пикосекунд используют более простую схему волоконных лазеров, без компенсатора ДГС

Рис. 78

Резонатор лазера образован отражающей частью полупрозрачного насыщающегося поглотителя и торцом волокна.

Безусловно Er³⁺ волокно можно было и сразу накачивать полупроводниковым лазером на 0.98 мкм без Yb-лазера и рамоновского конвертера, однако в данном случае КПД будет гораздо меньше.