Нелинейное преобразование спектра генерации перестраиваемых волоконных лазеров

• Автор: Каблуков, Сергей Иванович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 263 с. : ил.

Оглавление

Список обозначений и сокращений

Введение

1. Физика и техника волоконных лазеров

1.1 Типы резонаторов, зеркал и методы заведения накачки в

волоконных лазерах

1.2 Насыщение усиления и мощность генерации волоконных

лазеров
1.2.1 Насыщение усиления и мощность генерации в ит-тербиевом волоконном лазере (ИВЛ)

1.2.2 Насыщение усиления и мощность генерации ВКР-лазера

1.3 Аиодизированные волоконные брэгговские решётки (ВБР)

для лазера
2. Форма спектра генерации и перестройка частоты ИВЛ
2.1 Форма спектра генерации иттербиевого лазера с ВБР и
его уширение с ростом мощности
2.2 Режим самосканирования частоты
2.2.1 Экспериментальное исследование самосканирования частоты
2.2.2 Модель спектральной динамики в режиме самосканирования частоты
2.3 Перестройка частоты генерации ИВЛ в широком диапазоне
3. Удвоение частоты генерации перестраиваемых ИВЛ
3.1 Особенности непрерывной генерации второй гармоники (ГВГ)
3.2 Особенности удвоения частоты волоконных лазеров в нели-
нейных кристаллах: многочастотный и одночастотный режимы
3.3 Удвоение частоты перестраиваемого иттербиевого волоконного лазера в кристалле КТР
3.3.1 Внерезонаторное удвоение частоты в кристалле КТР

3.3.2 Внутрирезонаторное удвоение частоты иттербиево-
го волоконного лазера
3.4 ГВГ излучения иттербиевого волоконного лазера в световодах с периодически наведённой нелинейностью
4. Перестройка и удвоение частоты генерации волоконных ВКР-лазеров
4.1 Форма спектра генерации ВКР-лазера
4.2 Перестройка частоты генерации ВКР-лазера
4.3 Удвоение частоты генерации ВКР-лазера в кристалле с регулярной доменной структурой ]%0:ррЬК
5. Параметрическая генерация в световодах с накачкой перестраиваемыми ИВ Л
5.1 Особенности параметрической генерации в волоконных световодах
5.1.1 Основные уравнения параметрического усиления
5.1.2 Методы получения синхронизма в двулучепрелом-ляющих световодах
5.2 Параметрическое четырёхволновое смешение вне резонатора
5.2.1 Экспериментальная установка
5.2.2 Диаграммы фазового синхронизма
5.3 Аналитическое решение для положения ветвей векторного синхронизма
5.4 Параметрический преобразователь частоты со скалярным типом синхронизма
5.5 Волоконно-оптический параметрический генератор (ВОПГ)
5.5.1 Экспериментальная установка
5.5.2 Спектры генерации
5.5.3 Временная динамика и мощность генерации ВОПГ
5.5.4 Перестраиваемый ВОПГ с накачкой поляризованным излучением
5.5.5 Влияние конкурирующих нелинейных эффектов
Заключение
Список литературы

Список обозначений и сокращений
А — комплексная амплитуда волны основного излучения
Ао — комплексная амплитуда волны излучения второй гармоники
Аа — комплексная амплитуда антистоксовой волны
А3 — комплексная амплитуда стоксовой волны
Ар — комплексная амплитуда волны накачки
В = /Зшу/Іскі/2 — параметр двулучепреломления кристалла
Ь:і = Лгугс'оу — конфокальный параметр фго пучка
с — скорость света в вакууме
с?ь — толщина изгибной пластины
(Іеії — эффективный коэффициент нелинейности при генерации второй гармоники (ГВГ)
сіп — диаметр отверстий в микроструктурированном световоде
Н — межмодовое расстояние в резонаторе
ди — коэффициент ВКР-усиления световода
<7за1 — насыщенный коэффициент усиления
А’о — константа распространения излучения в вакууме
к — волновой вектор в среде для основного излучения
к2 — волновой вектор в среде для излучения второй гармоники
К) = 2^lj/А — волновой вектор ^-ой гармоники решётки в кристалле с регулярной доменной структурой
Ь — длина резонатора волоконного лазера
1а — длина активного световода

поглощения накачки зависит не только от отношения площадей, но и от формы внутренней оболочки и положения сердцевины в ней [123]. Так при симметричном расположении и круглой форме оболочки значительная часть мод излучения накачки не пересекает область сердцевины и не участвует в процессе генерации. Результаты экспериментальных исследований по этому вопросу можно найти, например, в работах [4, 124]. Для увеличения поглощения многомодовой накачки на практике часто используют квадратную, шестигранную и восьмигранную форму внутренней оболочки. Так называемая Б-образная форма получила меньшее распространение из-за сложности достижения малых потерь при сварке с круглыми световодами, поскольку в процессе сварки торец волокна размягчается, и силы поверхностного натяжения смещают положение сердцевины. Применение симметричной геометрии сечения световода облегчает получение малых сварных потерь.
При торцевом методе заведения излучения многомодовой накачки относительно часто встаёт вопрос защиты многомодовых диодов от генерируемого одномодового излучения. Стандартным решением в случае непосредственной сварки световодов (рис. 4) является использование вы-сокоотражающих волоконных зеркал, ВБР, имеющих световедущую оболочку. Другим решением, находящим применение вплоть до киловатт-ных мощностей (см., например, [21]), является использование объёмной оптики, позволяющее стандартным образом разделить излучение генерации и накачки при помощи селективного зеркала (см. рис. 5 а).
Есть ряд вариантов защиты источников накачки в полностью волоконном исполнении с возможностью объединения излучения нескольких лазеров. Примером такого решения является использование волоконных объединителей накачки с сигнальным входом типа (М + 1)х1 (см., например, работу [125] и ссылки на патенты в ней). В этих устройствах сборка из N многомодовых и одного одномодового световода в определённом месте разогревается и вытягивается в общий световод, а затем приваривается к световоду с двойной оболочкой (см. рис. 5 б). При этом сердцевины входных одномодового и многомодовых световодов стыкуются с сердцевиной и оболочкой выходного световода, соответственно. Такие объединители накачек применяют при сборке усилителей, а также поме-