Мощностные характеристики волоконного ВКР-лазера со случайной распределенной обратной связью

• Автор: Ватник, Илья Дмитриевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 109 с. : ил.

Содержание

Список сокращений и обозначений

Введение

1 Волоконный ВКР-лазер со случайной распределенной обратной связью

1.1 Эффект вынужденного комбинационного рассеяния

1.1.1 Измерение коэффициента ВКР

1.2 Обратное рэлеевское рассеяние

1.2.1 Измерение геометрического фактора

1.3 Основные свойства ВКР-лазера со СРОС

1.3.1 Мощностные характеристики

1.3.2 Спектральные характеристики

1.3.3 Временная динамика и радиочастотные спектры
1.3.4 Качество выходного пучка
1.4 Схемы лазера
1.5 Модель баланса мощностей
2 Продольные распределения мощности в разных схемах волоконного ВКР-лазера со СРОС
2.1 Измерение продольного распределения мощности генерации
2.2 Схема с односторонней накачкой из центра
2.3 Схема с прямой накачкой
2.4 Схема с обратной накачкой

2.5 Одноплечевая схема

3 Мощностные характеристики разных схем ВКР-лазеров со случайной распределенной обратной связью
3.1 Пороги генерации
3.2 Схема с прямой накачкой
3.2.1 Высокоэффективная генерация в схеме с прямой накачкой
3.3 Схема с обратной накачкой
3.4 Одноплечевая схема
3.5 Влияние паразитных отражений на мощностные характеристики
4 Каскадная генерация в волоконном ВКР-лазере со случайной распределенной обратной связью
4.1 Балансная модель и расчет порогов
4.2 Высокоэффективная каскадная генерация
Заключение
Литература

Список сокращений и обозначений
Лей — площадь поперечной моды волоконного световода с — скорость света в вакууме /г — постоянная Планка I — интенсивность излучения
д(£1) — коэффициент ВКР-усиления, зависящий от отстройки рей — эффективный коэффициент ВКР-усиления 9р = 9н.ч/>
ря — максимальный коэффициент ВКР-усиления
Р2в - коэффициент ВКР-усиления второй стоксовой компоненты
Ь — длина волокна
^0рг ~ оптимальная длина лазера
Ьеш — эффективная длина
Пгейопаыг — длина резонатора, образованного ВБР ЪттТЬтеаЬ, ~ ~ длина лазера с минимальным порогом ~ длина усиления п — коэффициент преломления И3 — число фотонов первой стоксовой компоненты Агр — число фотонов накачки
N•>3 — число фотонов второй стоксовой компоненты Ы.А. — числовая апертура волоконного световода Ра — мощность первой стоксовой компоненты Рр — мощность накачки
Ргв _ мощность второй стоксовой компоненты Ргп — мощность накачки, заводимая в волокно Рои1 — выходная мощность
Р± — мощность волны, распространяющейся в сторону увеличения г (+) и уменьшения г (-)
Рщ ~ пороговая мощность накачки (5 — геометрический фактор Я — коэффициент отражения г — координата вдоль волокна
а. — коэффициент линейных потерь

с/2Ьтсьтаіотп, которые соответствуют межмодовым биениям и которые обязательно наблюдаются для других типов волоконных лазеров - ВКР-лазерах с ВБР, волоконных лазерах на редкоземельных элементах. На рис. 1.10 приведено сравнение радиочастотных спектров ВКР-лазера со СРОС и ВКР-лазера с обратной связью за счет френелевского 4% отражения на выходном торце волокна на основе отрезка волокна такой же длины. Измерения были проведены нами в лазере, описанном в разделе
3.2.1. Длина волокна составляла 850 м, соответствующая частота обхода указана па графике вертикальной красной линией. Как видно, наличие точечной обратной связи приводит к появлению спектральных мод и хорошо проявленного пика межмодовых биений. В случае ВКР-лазера со СРОС пик межмодовых биений отсутствует. Тем не менее, в спектре присутствует широкий малоинтенсивный пик на частотах, несколько отличающихся от частоты обхода. Наличие остаточного пика может быть связана с паразитным отражением на выходном коннекторе лазера со СРОС. В этом эксперименте использовался стандартный АРС/РС коннектор с торцом волокна, выполненным под углом 8 градусов, и имеющий отражение порядка -60 дБ по спецификации, фактически же отражение изменяется для конкретных коннекторов от -50 до -60 дБ. В отрезке волокна длиной порядка 1 км интегральная величина обратной связи за счет рэлеевского рассеяния составляет порядка 10~4 (1.11), т.е. отражение па выходном коннекторе может играть заметную роль и приводить к появлению слабых "паразитных"продольных мод.
1.3.4 Качество выходного пучка
Все волоконные лазеры на основе одномодовых волоконных световодов, поддерживающих только фундаментальную поперечную моду электромагнитной волны, излучают пучки, близкие к гауссовым и обладаю-