ПОЛНОСТЬЮ ВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕР СО СВЕРХКОРОТКОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТЬЮ ИМПУЛЬСА
ALL-FIBRE LASER WITH ULTRASHORT PULSE LENGTH

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к волоконным импульсным лазерам со сверхкороткой длительностью импульса, работающим на длине волны около 1 мкм.
Известен волоконный лазер, заявка WO 2010056920 (A1), содержащий легированное иттербием волокно, пассивные элементы с нормальной дисперсией групповой скорости, спектральный фильтр, позволяющий осуществить генерацию без компенсации нормальной дисперсии. Однако в данной заявке представлена не полностью волоконная схема резонатора, включающая распределенные элементы, что приводит к необходимости юстировки оптической схемы лазера и делает его зависимым от внешних условий.
Известен полностью волоконный лазер с короткой длительностью импульса (статья Dirk Mortag et al. "Sub-80-fs pulses from an all-fiber-integrated dissipative-soliton laser at 1 µm" журнал Optics Express, Vol.19, No.2, p.546), содержащий легированное иттербием волокно. Схема волоконного лазера включает контроллеры поляризации, изолятор, волоконный разветвитель и сумматор для вывода излучения и оптической накачки. Однако в данной схеме лазера отсутствует самозапуск синхронизации мод, и для получения импульсного режима генерации необходимо настраивать контроллеры поляризации. Кроме этого, в схеме не предусмотрена поддержка стабильного состояния поляризации.
Известен полностью волоконный лазер с синхронизацией мод на длине волны 1 мкм без компенсации дисперсии в резонаторе, заявка US 20110280263 (A1). Данный лазер содержит устройство для обеспечения режима самозапуска и синхронизации мод, выполненное как интегрированный в оптическое волокно пленочный насыщающийся поглотитель на основе полимерного композита с одностенными углеродными нанотрубками. Такая конструкция не позволяет получить поляризованное изучение на выходе, что ограничивает ее дальнейшее применение.
Задачей изобретения является создание полностью волоконного лазера, способного генерировать сверхкороткие импульсы на длине волны 1 мкм при стабильной поляризации излучения на выходе.
Полностью волоконный лазер со сверхкороткой длительностью импульса, содержащий последовательно установленные лазер накачки, модуль ввода излучения лазера накачки в волокно, легированное иттербием волокно, разветвитель, контроллер поляризации, устройство для обеспечения режима самозапуска и синхронизации мод, выполненное как интегрированный в оптическое волокно пленочный насыщающийся поглотитель на основе полимерного композита с одностенными углеродными нанотрубками, пленочный насыщающийся поглотитель и контроллер поляризации выполнены на одномодовом волокне, часть волоконного лазера, содержащая легированное иттербием волокно, модуль ввода излучения лазера накачки в активное волокно, изолятор-поляризатор, волоконный разветвитель, выполнена из одномодового волокна с поддержкой поляризации, пленочный насыщающийся поглотитель расположен на поверхности плоскости D-образно сполированной оболочки одномодового волокна, причем плоскость D-образно сполированной оболочки волокна выставлена так, чтобы поляризация проходящего излучения лежала в этой плоскости. То, что плоскость D-образно сполированной оболочки волокна с пленкой насыщающегося поглотителя выставлена так, чтобы поляризация проходящего излучения лежала в этой плоскости, обеспечивает максимальную эффективность взаимодействия излучения с пленочным насыщающимся поглотителем. При такой геометрии насыщающегося волоконного поглотителя интенсивность излучения, падающую на пленочный поглотитель, можно контролировать толщиной сполированной оболочки D-волокна, что позволяет получать импульсное излучение с относительно большими энергиями импульсов. Часть лазера, содержащая активное волокно, модуль ввода излучения лазера накачки в активное волокно, изолятор-поляризатор и волоконный разветвитель выполнены из одномодового волокна с поддержкой поляризации. Такое техническое решение позволяет получить импульсный режим генерации со стабильным состоянием поляризации излучения в полностью волоконной схеме лазера.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является создание полностью волоконного лазера, способного генерировать импульсное поляризованное излучение с высокими энергиями импульса на длине волны около 1 мкм, эффективного, способного работать длительное время.
На чертеже представлена схема волоконного лазера со сверхкороткой длительностью импульса.
На чертеже легированное иттербием волокно 2, разветвитель 3, пленка насыщающегося поглотителя 7, контроллер поляризации 6, изолятор-поляризатор 4, модуль ввода 5 излучения от лазерного диода накачки 1 образуют кольцевой волоконный резонатор. На участке, содержащем контроллер поляризации 6 и насыщающийся поглотитель 7, использовано обычное одномодовое волокно. Остальная часть резонатора, содержащая изолятор-поляризатор 4, модуль ввода 5, легированное иттербием волокно 2, разветвитель 3, выполнена из одномодового волокна с поддержкой поляризации типа PANDA. Все элементы волоконные и имеют нормальную дисперсию групповой скорости.
При включении лазерного диода накачки 1 излучение от диода через модуль ввода 5 попадает в кольцевой волоконный резонатор. При средней мощности накачки чуть выше порога лазер излучает в режиме свободной генерации. При дальнейшем увеличении мощности накачки лазер самостоятельно переходит в режим генерации сильно-чирпованных импульсов пикосекундной длительности. Средняя мощность излучения в стабильном импульсном режиме генерации составляла 160 мДж при частоте следования импульсов 16.7 МГц, что соответствует энергии одиночного импулься в 10 нДж. Пленочный насыщающийся поглотитель, установленный на поверхности с одной стороны сполированного волокна, является поляризационно-чувствительным элементом. Эффективность поглощения максимальна для излучения с вектором поляризации, лежащим в плоскости пленки поглотителя или в плоскости сполированной поверхности оптического волокна. Стабильное состояние поляризации излучения обеспечивают одномодовые волокна с поддержкой поляризации типа PANDA. Изолятор-поляризатор 4 обеспечивает однонаправленную генерацию с определенным состоянием поляризации излучения вдоль быстрой или вдоль медленной оси волокна с поддержкой поляризации. Насыщающийся поглотитель 7 установлен так, чтобы вектор поляризации был направлен вдоль сполированной поверхности, и обеспечивает режим самозапуска и синхронизации мод. Обычное одномодовое волокно на участке резонатора, содержащем насыщающийся поглотитель 7 и контроллер поляризации 6, обеспечивает режим дополнительной синхронизации мод на эффекте нелинейной эволюции поляризации. Это позволяет получить стабильную синхронизацию мод, когда лазер уже перешел в режим генерации сверхкоротких импульсов. После выхода из резонатора пикосекундный импульс может быть сжат до длительности в 140 фс с использованием компрессора на дифракционных решетках.