Волоконные брэгговские решётки для применений в перестраиваемых волоконных лазерах

• Автор: Власов, Александр Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 101 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава1. Технология записи и метод перестройки частоты волоконной
брэгговской решётки (ВБР)
§ 1. Ультрафиолетовый лазер для записи ВБР
§2. Схемы записи
§3. Метод изгибного сжатия
Выводы к главе
Глава 2. Исследование и оптимизация характеристик ВБР
§4. Спектры ВБР
§5. Подавление боковых резонансов при записи гауссовым пучком 50 §6. Влияние сжатия на спектры
Выводы к главе
Глава 3. Перестраиваемые ВБР в волоконных лазерах
§7. Иттербиевый волоконный лазер (ИВЛ) с перестраиваемой ВБР
§8. ИВЛ с синхронной перестройкой двух ВБР
§9. Перестраиваемый волоконный ВКР-лазер
Выводы к главе
Глава 4. Специальные ВБР и их применения
§ 10. ВБР со сдвигом фазы для одночастотных РОС-лазеров
§11. ВБР в сенсорных системах
Выводы к главе
Заключение
Список литературы

Введение
Волоконная оптика значительно преобразила сферу телекоммуникаций, существенно увеличив пропускную способность каналов связи [1]. Это стало возможным благодаря достижениям в создании одномодовых волоконных световодов с малыми потерями в ближней инфракрасной области спектра с минимумом потерь а~0,2 дБ/км вблизи длины волны Х-1550 нм. Одномодовый волоконный световод представляет собой волокно из кварцевого стекла, на оси которого сформирована область с повышенным показателем преломления - сердцевина, параметрами которой и определяется реализация одномодового режима распространения излучения в заданном спектральном диапазоне. При ступенчатом профиле показателя преломления одномодовый режим распространения излучения реализуется для длин волн больших т.н. длины волны отсечки Лс при условии 2,4ЯС = 2тп1 - и,2 , где а -радиус сердцевины, п/ и п2 - показатели преломления сердцевины и кварцевой оболочки типичным диаметром ,0=125 мкм (см. Рис.1).
Рисунок 1. Схематическое изображение волоконной брэговской решётки в одномодовом волокне.
Типичные параметры телекоммуникационных волокон <з=4,1 мкм, «/=1,465 и «2=1,47 обеспечивают одномодовый режим для Я~1550 нм. Добавка показателя преломления в сердцевине п2 - п, » 0,005 создается за счет примеси диоксида германия с концентрацией ~ 3 мол. % Се02, который в свою очередь вносит минимальные примесные потери.

О 2а

Волоконной брэгговской решёткой (ВБР) называется участок волоконного световода, в сердцевине которого создано периодическое изменение показателя преломления, см. Рис. 1. Основным спектральным свойством такой структуры, определяющим использование ВБР, является узкополосное отражение на заданной длине волны. Резонансная, или т.н. брэгговская, длина волны определяется величиной и периодом изменения показателя преломления
Л Ер = 2Ли,фф, (1)
где Л - период структуры, пэфф- эффективный показатель преломления.
Впервые о формировании ВБР в волоконном световоде докладывали в [2]. Было обнаружено, что при длительном воздействии излучения аргонового лазера с длиной волны 488 нм в сердцевине световода формируется периодическое изменение показателя преломления, соответствующее периоду стоячей волны излучения. Позже [3] было показано, что фоточувствительность волоконных световодов к синему излучению имеет двухфотонную природу и процесс записи решёток более эффективен при использовании ультрафиолетового (УФ) излучения.
Рисунок 2. Спектр поглощения германосиликатного волоконного световода.

изменения длины волны установка с фазовой маской дополнялась интерферометром Тальбота. В этом случае сколлимированный пучок разделяется на первый и минус первый порядки фазовой маской, а дополнительные поворотные зеркала сводят пучки на волоконном световоде. Контролируя угол сведения пучков и положение волоконного световода, обеспечивается запись ВЕР на требуемую длину волны.
В качестве основного варианта в работе использовалась схема записи Рис. 1.5 с набором фазовых масок на разные длины волн, см. напр. [56, 57].
§3. Метод изгибного сжатия
Как было отмечено во введении, на сегодняшний день существует два подхода к реализации перестройки резонансной длины ВЕР в большом диапазоне: метода изгибного сжатия и метод сжатия в обойме. Выбор того или иного метода определяется поставленными задачами.
В работе [48] обстоятельно рассмотрен метод перестройки резонансной длины ВЕР сжатием её в обойме. Отмечено, что в этом методе необходимы малые требуемые нагрузки, которые необходимо приложить, чтобы обеспечить перестройку резонансной длины волны ВЕР (менее 100 Н); возможно использование пьезопреобразователей, что позволяет достичь скоростей перестройки 20 нм/мс. Но есть также ряд ограничений. Прежде всего существенны требования к прецизионному изготовлению обойм. В исследовательской практике это означает использование коммерчески доступных телекоммуникационных компонент. Также отметим, что реализация диапазона перестройки резонансной длины ВЕР в диапазоне десятков нанометров, с необходимостью ограничивает длину ВЕР, вследствие потери механической устойчивости волоконного световода в зазоре между обоймами. Масштаб неустойчивостей уменьшается с увеличением силы сжатия волоконного световода. Соответственно, для достижения большого диапазона перестройки резонансной длины ВЕР