Волоконные лазеры на основе вынужденного комбинационного рассеяния
Волоконные лазеры на основе вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР-лазеры) позволяют эффективно преобразовывать лазерное излучение накачки в излучение на более низких частотах, используя явление вынужденного комбинационного рассеяния света в волоконном световоде. Таким образом, создаются лазеры с различными новыми диапазонами волн в широком диапазоне частот.
Современные волоконные световоды представляют собой уникальную среду для реализации ВКР-лазеров: низкие оптические потери позволяют использовать большие длины световодов; применение различных стекол дает возможность выбора величины частотного сдвига стоксова излучения.
Первые ВКР-лазеры имели гибридные конструкции, содержавшие как волоконные, так и объемные элементы. Необходимость согласования элементов и юстировки лазеров затрудняет работу с ними, снижая эффективность и ограничивая области их применения.
Использование брегговских решеток для создания обратной связи существенно упростило конструкцию ВКР-лазеров, подняло их эффективность и обеспечило создание многокаскадных лазеров-преобразователей. Схема ВКР-лазера полностью волоконной конструкции приведена на рис. 3.18.
Германосиликатный Световод Х.= 1117нм X = 1480 нм Рис. 5.18. Схема ВКР-лазера |
Как видно из рисунка, ВКР-лазер состоит из волоконного световода и набора брегговских решеток с резонансными длинами волн, соответствующим стоксовым сдвигам в материале световода. При этом брегговские решетки, соответствующие промежуточным длинам волн, имеют коэффициент отражения, близкий к 100%. Для получения излучения с длиной волны 1,48 мкм при использовании германосиликатного световода требуется пять каскадов преобразования.
Упростить конструкцию можно, если использовать в качестве активной среды ВКР-лазе - ра световод с сердцевиной, легированной оксидом фосфора. В спектре ВКР-усиления такого световода содержится узкая полоса с центральной длиной волны, сдвинутой на 1330 см-1, что в три раза больше, чем сдвиг в максимуме усиления для германосиликатного световода.
В работе [54] предложен ВКР-лазер, работающий на двух длинах волн. Схема этого лазера приведена на рис. 5.19.
Х= 1080 нм Х.= 1080нм Х= 1136 нм Х= 1080 нм К=1 11 = 0,2 Я=1 Я=1 Рис. 5.19. Схема двухволнового ВКР-лазера |
Здесь резонатор лазера образован лишь одной парой решеток, что позволяет предполагать взаимную когерентность излучения на разных длинах волн. Полупроводниковый лазер с длиной волны около 980 нм и максимальной мощностью 4 Вт используется для накачки волоконного лазера на основе световода с двойной оболочкой, легированного ионами УЬ3+.
Резонатор УЬ +-лазера сформирован двумя брегговскими решетками — входной с коэффициентом отражения Л = 1 и выходной с к = 0,2.
5 - 3322
Иттербиевый лазер имеет длину волны излучения 1080 нм и максимальную мощность 2,5 Вт. Излучение вводится в ВКР-лазер на основе волоконного световода с сердцевиной из германосиликатного стекла, молярная концентрация двуокиси германия в сердцевине составляет около 4%.
Волоконные ВКР-лазеры находят широкое применение в качестве источников накачки рамановских волоконных усилителей и улучшения их шумовых характеристик.
Динамику развития волоконных лазеров иллюстрирует рис. 5.20.
Спектральные диапазоны работы волоконных лазеров приведены в табл. 5.1.
Год
Рис. 5.20. Динамика развития волоконных лазеров
Таблица 5.1. Диапазоны работы волоконных лазеров [38]
|