Активное волокно для двухволнового волоконного лазера

Заявленная полезная модель относится к лазерной технике, а именно к волоконным лазерам.
Из существующего уровня техники известен двухволновый оптический волоконный лазер (US 6560247 В2, опубл. 6 мая 2003), который включает два оптических волокна с возможностью вынужденного комбинационного рассеяния, каждое из которых генерирует на собственной длине волны в результате воздействия излучения накачки; короткопериодные волоконные решетки, имеющие резонанс на первой и второй длине волны излучения соответственно и обладающие возможностью регулирования коэффициента отражения; мультиплексор со спектральным разделением с волоконным ответвителем для ввода излучения накачки от лазера накачки, а также вывода двухволнового излучения; длиннопериодная волоконная решетка, установленная между двумя оптическими волокнами с возможностью Рамановского сдвига для устранения взаимодействия между первой и второй волной в резонаторе.
Принцип работы прибора основан на вынужденном комбинационном рассеянии. Получаемые две длины волны в примере являются стоксовыми компонентами второго порядка (длины волн 1500 нм и 1480 нм, соответственно). Накачка осуществлялась лазером Nd:YLF излучающим на длине волны 1313 нм. Преимуществами данного прибора являются возможность независимого друг от друга контроля мощности излучений путем варьирования коэффициента отражения волоконных решеток. Также подбирая резонансную частоту решеток можно получать генерацию на других стоксовых компонентах, что, другими словами, позволяет изменять длины волн двухволнового излучения.
Недостатками данного технического решения являются неизбежные потери мощности излучения вследствие применения мультиплексора со спектральным разделением, а также габариты установки вследствие разграничения оптических резонаторов для первой и второй волны (US 6560247 В2, опубл. 6 мая 2003).
Наиболее близким к заявленному техническому решению является волоконная лазерная система с выборной длиной волной излучения (US 006061369, опубл. 9 мая 2000 г.), который включает в себя: два или более лазера накачки; волоконный разветвитель; два или более волоконных лазера, каждый из которых излучает на своей длине волны; модулятор. Каждый из волоконных лазеров состоит из брэгговской решетки, настроенной на соответствующую длину волны, а также активного волокна, легированного ионами эрбия. Таким образом, вся система включает несколько волоконных лазеров, изготовленных для того, чтобы излучать на разных длинах волн вследствие оптической лазерной накачки. Лазер накачки продуцирует излучение и накачивает один или более волоконных лазеров. Выходное излучение волоконных лазеров рекомбинируется (объединяется) в волоконно-оптическую линию связи с технологией уплотнения по длинам волн. В одной из возможных схем оптический переключатель перенаправляет излучение накачки лишь в один из волоконных лазеров. Второй оптический переключатель в схеме используется для рекомбинации выходного излучения в волоконно-оптическую линию связи. В другой схеме лазер накачки одновременно осуществляет передачу энергии в несколько волоконных лазеров. Один или несколько лазеров накачки могут быть расположены параллельно и их выходные пучки могут быть объединены. При параллельной схеме лазеры накачки могут активироваться по отдельности или же все вместе для увеличения мощности выходного излучения.
Недостатками данного технического решения являются: большие габариты рабочей системы, сложность установки и настройки оборудования, а также дороговизна.
Задачей заявляемого технического решения является создание активного волокна с возможностью генерации излучения на двух длинах волн в одной структуре.
Поставленная задача решается тем, что заявленная модель представляет собой оптическое микроструктурное волокно с двойным покрытием. Сердцевина волокна состоит из упорядоченной гексагональной структуры, представляющей собой нити-волноводы, легированные ионами редкоземельных металлов (неодим, иттербий, эрбий). Активные волокна находятся во внутренней оболочке, которая одновременно служит волноводом для излучения накачки. Подбирая состав активных волокон возможно получать двухволновое излучение на необходимых частотах.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является принципиальная возможность генерации излучения на двух и более длин волн в одной волоконной структуре, упрощение и снижение габаритов схемы для генерации двухволнового излучения за счет того, что излучение на двух длинах волн генерируется в единой структуре; отсутствие взаимодействия между активными элементами и, как следствие, стабильная генерация излучения; отсутствие потерь на дополнительных элементах схемы (таких как мультиплексор), что ведет к увеличению КПД устройства.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, позициями на котором изображено: 1 - активное волокно первого типа; 2 - активное волокно второго типа; 3 - внутренняя оболочка, являющаяся волноводом для излучения накачки; 4 - внешняя оболочка.
Внутренняя оболочка 3 для двухволнового волоконного лазеров включает как минимум две активных нити-волновода первого 1 и второго 2 типа и обладает в сравнении с ними более низким показателем преломления. Активные нити-волноводы первого 1 и второго 2 типа в свою очередь легированы ионами различного химического состава.
Каждое из активных нитей-волноводов 1, 2 способно усиливать или продуцировать излучение в результате оптической накачки. Активные нити-волноводы 1, 2 могут выстраиваться друг относительно друга в линейной форме, гексагональной форме, прямоугольной матричной форме или в любой другой конфигурации, будь то симметричной или несимметричной. Расстояние между соседствующими активными нитями-волноводами 1, 2 может быть достаточно большим для минимизации их взаимодействия, а также независимой накачки. С другой стороны активные нити-волноводы 1, 2 можно располагать сравнительно близко для получения таких эффектов как фазовый синхронизм.
Устройство работает следующим образом. Излучение накачки, распространяясь по внутренней оболочке 3 за счет эффекта полного внутреннего отражения, одновременно возбуждает ионы редкоземельных металлов в активных нитях-волноводах 1 и 2. Вследствие эффекта вынужденного испускания происходит генерация излучения на двух длинах волн одновременно в одной структуре.
Заявленное техническое решение может служить в качестве источника двухволнового излучения в схеме генерации волн терагерцового диапазона.