Волоконные лазеры
Перечислим преимущества волоконно-оптических лазеров по сравнению с традиционными:
- обладают высокой стабильностью и надежностью;
- обеспечивают высокое качество выходного излучения;
- обеспечивают эффективный теплоотвод;
- имеют малые габариты и массу.
Конструкция волоконного лазера на основе активного волоконного световода приведена на рис. 5.17. Он содержит узел накачки с волоконным выходом Ю (как правило, мощный лазер); активный одномодовый волоконный световод с диаметром сердцевины </с = 10...30 мкм; внутриволоконные решетки показателя преломления, выполняющие функции зеркал лазера.
Благодаря полностью волоконной конструкции такие лазеры обладают низкими оптическими потерями. Типичная длина активного волоконного световода составляет 5...50 м. Левая входная брегговская решетка имеет коэффициент отражения на длине волны генерации, близкий к 100%, а коэффициент отражения правой выходной решетки существенно ниже (примерно 5 %) и определяется величиной усиления и оптических потерь излучения в активном волноводе. Брегговские решетки могут быть созданы как непосредственно в активном световоде, так и в отрезке фоточувствительного световода, который сваривается с активным.
Активный волоконный световод
Ш |
. ш |
|||
Блок накачки с волоконным выходом |
Внутриволоконные решетки показателя преломления
Рис. 5.17. Конструкция волоконного лазера
Изготовление решеток показателя преломления основано на явлении фоточувствительности. Это явление заключается в изменении показателя преломления сердцевины световода под действием УФ-излучения определенных длин волн. Как правило, волоконные брег - говские решетки показателя преломления представляют собой отрезок волоконного световода с модуляцией показателя преломления в световедущей области с периодом порядка половины длины распространяющегося излучения.
В качестве активных легирующих добавок волоконных световодов найдены ионы лантаноидов или редких земель. Для создания эффективных волоконных лазеров средней и высокой мощности особый интерес представляет активное волокно, легированное ионами Уь.
В схеме уровней итербиевого лазера УА3+, кроме основного уровня Р7/2, существует единственный возбужденный уровень Р5/2. Отсутствие других энергетических уровней вплоть до ультрафиолетового диапазона означает, что в данной системе в области длин волн, близких к длине волны генерации, не будет иметь место поглощение из возбужденного состояния и различные кооперативные явления. Это приводит к высоким значениям кпд лазеров и позволяет существенно увеличить концентрацию активной примеси по сравнению с такими распространенными легирующими добавками, как неодим и эрбий.
Использование световодов с высокой концентрацией активной примеси позволяет уменьшить длину активной среды лазера, а, значит, и уменьшить отрицательное влияние различных нелинейных эффектов и дополнительных оптических потерь на эффективность лазера.