Импульсные лазеры на основе иттербиевых и висмутовых волоконных световодов

• Автор: Крылов, Александр Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 146 с. : ил.

Содержание:
Введение
Глава 1. Лазеры на основе иттербиевых и висмутовых волоконных световодов (по литературе)
1.1 Иттербиевый волоконный световод с многоэлементной первой оболочкой
1.2 Волоконный световод, легированный висмутом,
и лазеры на его основе
1.3 Перестройка длины волны излучения волоконных лазеров
1.4 Пассивная синхронизация мод волоконных лазеров
1.5 Насыщающийся поглотитель SESAM
1.6 Методы компенсации ДГС внутри резонатора. Компенсатор ДГС на основе пары отражательных дифракционных решеток
1.7 Волоконные лазеры с модуляцией добротности резонатора
1.8 Усилители излучения на основе световодов с увеличенной площадью фундаментальной моды
1.9 Постановка задач
Глава 2. Иттербиевый волоконный импульсный лазер с акустооптической перестройкой длины волны излучения
2.1 Акустооптический фильтр (АОФ) и затвор (АОЗ)
2.2 Интегрирование анизотропного АОФ с изотропным волоконным резонатором. Высокоотражающее аку сто оптическое зеркало
2.3 Варьирование режимов генерации иттербиевого лазера, содержащего нелинейное усиливающее кольцевое зеркало
2.4 Минимизация длительности импульсов иттербиевого волоконного лазера в режиме активной модуляции добротности резонатора
2.5 Усилитель импульсного излучения в диапазоне длин волн 1070-1090 нм на основе активированного иттербием МПО-световода с увеличенной площадью фундаментальной моды

2.6 Выводы
Глава 3. Висмутовый волоконный лазер, работающий в режиме пассивной синхронизации мод
3.1 Алюмосиликатные висмутовые световоды, изготовленные с помощью технологий МСУТ) и ЗРСУБ
3.2 Синхронизация мод в висмутовом волоконном лазере без компенсации дисперсии групповых скоростей в резонаторе
3.2.1 Лазер с волоконной брэгговской решеткой (ВБР)
3.2.2 Лазер с широкополосным волоконным зеркалом Саньяка
(ВЗС)
3.3 Выводы
Глава 4. Висмутовый волоконный лазер с внутрирезонаторной компенсацией дисперсии групповых скоростей
4.1 Экспериментальная схема лазера с компенсатором ДГС
4.2 Синхронизация мод в висмутовом волоконном лазере с внутрирезона-торным регулированием дисперсии групповых скоростей
4.2.1 Компенсатор ДГС №1
4.2.2 Компенсатор ДГС №2
4.3 Выводы
Заключение
Благодарности
Литература

Введение
С момента своего появления в 60-х годах XX века [1,2], волоконные лазеры интенсивно исследовались и уже в начале XXI столетия, в связи с достижениями в разработке мощных и компактных полупроводниковых источников накачки [3,4], получили достаточно широкое распространение в таких областях науки и техники как обработка материалов (сварка, резка, маркировка, микрообработка) [5,6], медицина [7,8], высокоскоростная и трансконтинентальная волоконная связь [9,10], нелинейная оптика [11,12], метрология [13,14]. К основным преимуществам волоконных лазеров относятся компактность; надежность, обязанная простоте конструкции и минимуму юстируемых элементов; экономичность, обусловленная высокой эффективностью системы накачки; отсутствие серьезных проблем с теплоотводом даже при уровне выходной мощности в сотни ватт; возможность генерировать как одномодовые (практически гауссовы), так и многомодовые пучки; удобство доставки излучения к месту применения с помощью гибкого волоконного кабеля; широкий диапазон мощностей в непрерывном режиме генерации (от единиц мВт до десятков кВт) [5], а также длительностей импульсов в импульсном режиме работы (от единиц микросекунд [5] вплоть до десятков фемтосекунд [6]).
Современная технология изготовления преформ для вытяжки волоконных световодов методами МСУБ (модифицированное химическое осаждение из газовой фазы) [15,16], УАЕ) (аксиальное осаждение из газовой фазы) [17,18], ОУЕ) (внешнее осаждение из газовой фазы) [19,20] и ЭРСУБ (химическое осаждение из плазмы) [21,22] позволяет добиваться низких потерь излучения фундаментальной моды (вплоть до 0.2 дБ/км на длине волны 1.55 мкм [15]), варьировать состав сердцевины и оболочки световода, создавать профили показателя преломления различной формы для получения нужных характеристик световода (таких как диаметр поля фундаментальной моды, число мод, волноводная дисперсия основной и высших мод,

Еще один полностью волоконный метод компенсации ДГС внутри резонатора состоит в применении чирпированной ВБР [117,118], период которой изменяется (чирпируется) на всей длине. В результате, длинноволновые и коротковолновые спектральные компоненты отражаются от разных частей решетки, что приводит к существенной величине ДГС. Величина дисперсионного параметра |Д2|~1 пс2 является типичной для чирпированных ВБР. Именно это и является основным их недостатком, поскольку такая величина значительно превосходит нормальную ДГС в остальной волоконной части резонатора.
Несмотря на существование различных способов компенсации ДГС в волоконных лазерах УКИ, работающих в диапазоне ~1 мкм, наиболее надежным и доступным для этой цели способом является использование пары объемных дифракционных решеток (ДР) отражательного типа или работающих на пропускание. Такой компенсатор обеспечивает значительную величину аномальной ДГС, а также приемлемый уровень потерь внутри резонатора, величина которых определяется эффективностью дифракции излучения на решетках. В современных ДР она превосходит 90% для излучения 5-поляризации (для которой направление вектора электрического поля параллельно штрихам решетки). Именно с помощью решеточного компенсатора были реализованы первые волоконные лазеры, генерирующие импульсы пикосекундной и субпикосекундной длительности в спектральном диапазоне ~1 мкм [24,119]. К недостаткам дифракционных решеток относится низкая эффективность дифракции для излучения /7-поляризации (-20%), что приводит к возникновению дополнительных “поляризационных” потерь в резонаторе на основе изотропного световода, для минимизации которых необходимо включение в резонатор контроллера поляризации. Другим недостатком решеточного компенсатора является необходимость вывода излучения из световода в воздух, для чего используется коллимирующая излучение оптическая система. Она требует тщательной настройки, равно как и остальные элементы компенсатора. Все это