ЭРБИЕВЫЙ ВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕР С САМОМОДУЛЯЦИЕЙ ДОБРОТНОСТИ

Полезная модель относится к лазерной технике, в частности к волоконным лазерам, генерирующим на длине волны 1,58 мкм.
Использование лазеров на основе оптических резонаторов с самомодуляцией добротности позволяет повысить энергию лазерного импульса, что является необходимым во многих приложениях лазерной техники, например, таких как обработка материалов, передача данных, медицина и т.п. Одной из возможностей создать полностью волоконный лазер с самомодуляцией добротности является введение в резонатор в качестве насыщающегося поглотителя дополнительного волокна с резонансными потерями на генерируемой длине волны. Известны волоконные лазеры с использованием волокна легированного Zr, как поглотителя для активного волокна легированного Nd (L. Tordella, H. Djellout, В. Dussardier, A. Saissy, and G. Monnom, Electron. Lett. 39, 1307 (2003)), с использованием волокна легированного Ho, как поглотителя для активного волокна легированного Yb (A.S.Kurkov, E.M.Sholokhov, and O.I.Medvedkov, Laser Phys. Lett. 6, 135 (2009)).
3+
3+
3+
3+
3
3
3+
6
4
Волоконные лазеры с активным волокном легированным Er особенно перспективны для медицинских применений, вследствие того, что их излучение (длина волны 1,58 мкм) безопасно для глаз и находится в диапазоне относительно высокого поглощения биологическими тканями. Известны эрбиевые волоконные лазеры с самомодуляцией добротности, в которых используются объемные кристаллические насыщающиеся поглотители (Patent US 2006/0007965 A1, Tankovich et al.). В работе (T.-Y. Tsai, Y.-C. Fang, and S.-H. Hung, Opt. Express 18, 10049 (2010)) предложен цельноволоконный лазер с активным волокном легированным Er и насыщающимся поглотителем - волокном, легированным Tm, принцип работы которого основан на том, что спектр поглощения иона Tm при переходе с уровня H на уровень F лежит в диапазоне длин волн от 1,5 мкм до 1,9 мкм и содержит внутри линию излучения Er - 1,58 мкм. Импульсы полученного лазера обладают длительностью 420 нс и энергией 9 мкДж. Недостатком этого лазера является недостаточная мощность накачки, ограниченная 220 мВт из-за того, что применяется накачка в сердцевину активного волокна.
Для устранения указанного недостатка предложена данная полезная модель.
3+
Основной целью данной полезной модели является реализация схемы полностью волоконного эрбиевого лазера с самомодуляцией добротности с использованием в качестве насыщающегося поглотителя волокна сильно легированного Tm с мощной накачкой активного волокна.
Технический результат: повышение мощности накачки активного волокна до 10 Вт и мощности генерации эрбиевого лазера на длине волны 1,58 мкм. Технический результат достигается за счет накачки в оболочку активного волокна с увеличенным диаметром сердцевины.
3+
3+
19
-3
3+
3+
3+
20
-3
Схема лазера приведена на фиг.1. В качестве источника накачки используется полупроводниковый лазер с длиной волны 0,975 мкм. Активной средой является GTWave волокно легированное Er, с алюмосиликатной сердцевиной диаметром 20 мкм. В работе (A.S.Kurkov, V.M.Paramonov, M.V.Yashkov, S.E.Goncharov, and I.D.Zaievskii, Quantum Electron. 37, 343 (2007)) было показано, что увеличение диаметра сердцевины повышает эффективность генерации в волокне с двойной оболочкой, легированном эрбием. Волокно этого типа используется как в лазерах непрерывной генерации, так и в высокомощных импульсных фемтосекундных лазерах (A.V.Ivanenko, S.M.Kobtsev, S.V.Kukarin, and A.S.Kurkov, Laser Phys. 20, 341 (2010)). Концентрация ионов Er в сердцевине используемого активного волокна в данной полезной модели составляет 3,2×10 см. Длина активного волокна в резонаторе составляет 8 м, что соответствует поглощению накачки 8 dB на длине волны 0,975 мкм, при накачке в оболочку активного волокна. Накачка осуществлялась полупроводниковым лазером с длиной волны 0,975 мкм и мощностью до 10 Вт. Лазерный резонатор образован высокоотражающей дифракционной решеткой записанной в германосиликатном SMF-28 волокне (отражение на длине волны 1,58 мкм) и свободным отражающим концом волокна. Между дифракционной решеткой и активным волокном, легированным Er, помещается волокно легированное Tm. Концентрация ионов Tm составляет 2×10 см. Длина поглощающего волокна - 6 см, что соответствует поглощению 10 dB на длине волны 1,58 мкм.
3+
3+
Без поглощающего легированного Tm волокна наблюдается непрерывная генерация на длине волны 1,58 мкм с максимальной мощностью 1 Вт при мощности накачки до 10 Вт. Низкая эффективность вызвана потерями в контакте из-за несовпадения диаметров активного волокна и дифракционной решетке на SMF-28 волокне. При установке волокна, легированного Tm, получаем импульсную генерацию. Получаемая последовательность импульсов показана на фиг.2.
На фиг.3 показана форма отдельного импульса. Можно видеть, что импульс имеет длительность около 100 нс, что меньше чем у всех известных волоконных лазеров с волоконным насыщающимся поглотителем.
На фиг.4 показан график зависимости выходной мощности от мощности накачки. Несмотря на то, что эффективность генерации не очень высока (12%), вследствие низкой частоты повторения импульсов и короткой их длительности, отдельный импульс обладает высокой энергией - 0,35 мДж и пиковой мощностью - 3,5 кВт.