Мощные непрерывные иттербиевые лазеры на световодах с многоэлементной первой оболочкой

• Автор: Мелькумов, Михаил Александрович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Благодарности

Список основных обозначений

Общая характеристика работы

ГЛАВА 1. ОБЗОР РАЗВИТИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ ОДНОМОДОВЫХ ЛАЗЕРОВ НА СВЕТОВОДАХ С ДВОЙНОЙ ОБОЛОЧКОЙ

1.1. Введение

1.2. Сравнение волоконных лазеров с другими типами мощных непрерывных лазеров (С02 и М:УАС). Применение мощных непрерывных волоконных лазеров

1.3. Основные элементы конструкции волоконных лазеров

1.4. Световоды с двойной оболочкой

1.5. Обзор способов ввода излучения накачки в первую оболочку лазерного

световода
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНЫХ ОДНОМОДОВЫХ ИТТЕРБИЕВЫХ ВОЛОКОННЫХ ЛАЗЕРОВ С ДВОЙНОЙ ОБОЛОЧКОЙ
2.1. Расчет выходной мощности и эффективности нттербиевых волоконных
лазеров с двойной оболочкой
2.2. Температура активного световода в мощных волоконных лазерах
2.3. Нелинейные эффекты в мощных непрерывных одномодовых волоконных
лазерах
2.3.1. Порог ВКР в иттербиевом волоконном лазере
2.3.2. Порог ВРМБ в иттербиевом волоконном лазере
2.3.3. Влияние четырехволнового смешения на излучение мощного иттербиевого
волоконного лазера
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ИТТЕРБИЕВЫХ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ, ЛЕГИРОВАННЫХ Р205 И А[
3.1. Сечения вынужденных переходов ионов иттербия в световодах на основе Р2О5
и А1203
3.1.1. Введение
3.1.2. Схема уровней иона УЬ3+
3.1.3. Методы измерений
3.1.4. Экспериментальные результаты
3.1.5. Анализ и обсуждение результатов
3.1.6. Заключение
3.2. Диапазоны длин волн генерации нттербиевых лазеров на световодах с
двойной оболочкой на основе Р205 и А1203

3.3. Сравнительный анализ Al-Yb-Ge и P-Yb световодов с точки зрения
достижения максимального поглощения накачки из первой оболочки
(і» 3.4. Влияние температуры сердцевины на поглощение накачки в Al-Yb-Ge и P-Yb
световодах
ГЛАВА 4. СВЕТОВОДЫ С МНОГОЭЛЕМЕНТНОЙ ПЕРВОЙ ОБОЛОЧКОЙ
4.1. Структура МПО-световода
4.2. Расчет длины связи в МПО-световодах
4.3. Измерение длины связи в двухэлементных МПО световодах
4.4. Заключение
ГЛАВА 5. НЕПРЕРЫВНЫЕ ОДНОМОДОВЫЕ ИТТЕРБИЕВЫЕ ВОЛОКОННЫЕ ЛАЗЕРЫ НА СВЕТОВОДАХ С МНОГОЭЛЕМЕНТНОЙ ПЕРВОЙ ОБОЛОЧКОЙ.Ю8
5.1. Источники излучения накачки для мощных волоконных лазеров
5.2. Лазер на двухэлементном МПО-световоде с многоэлементиой первой
оболочкой
5.3. Лазер на трехэлементном МПО световоде с четырехточечной накачкой
5.3.1. Ввод накачки
5.3.2. Резонатор лазера
5.3.3. Схема измерений
5.3.4. Экспериментальные результаты
5.3.5. Уширение спектра в зависимости от диаметра поля моды активного световода
и конфигурации резонатора
% 5.4. Масштабирование выходной мощности лазеров на МПО-световодах
Заключение
Защищаемые положения
Приложение
Литература

Благодарности
ip Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю доктору
физико-математических наук Игорю Алексеевичу Буфетову за предложенную тематику исследований, всестороннюю поддержку и направляющую роль в определении научных приоритетов и написании данной работы.
Автор выражает искреннюю признательность своим коллегам A.B. Шубину, К.С.Кравцову и В.В.Дудину за повседневное плодотворное сотрудничество, ценные обсуждения и замечания.
Автор признателен сотруднику Лаборатории технологии волоконных световодов (НЦВО при ИОФ им. А.М.Прохорова РАН) М.Е.Лихачеву за помощь при измерении времени жизни лазерного уровня ионов иттербия.
Выполнение данной работы было бы невозможно без поддержки со стороны сотрудников лаборатории М.М.Бубнова (Вытяжка волоконных световодов):
А.К.Михайлова и А.Ю.Андреева, сотрудников группы С.В.Лаврищева (Рентгеновский микроанализа состава заготовок и световодов) и группы Васильева С.А. (Брэгговские волоконные решетки) в лице О.И.Медведкова (НЦВО при ИОФ им. А.М.Прохорова РАН).
Автор признателен руководителю лаборатории ИХВВ РАН члену-корреспонденту РАН А.Н. Гурьянову, и сотрудникам ИХВВ РАН М.В. Яшкову и H.H. Вечканову за изготовление заготовок и вытяжку волоконных световодов.
Автор выражает признательность директору НЦВО при ИОФ им. А.М.Прохорова РАН академику Е.М. Дианову за поддержку, постоянный интерес и внимание к работе.

Определение сечения поглощения по насыщению люминесценции
Данный метод часто используется для определения сечения поглощения в волоконных световодах [46], [54], [56]. Он позволяет получить значение сечения поглощения для определенного значения длины волны. Основное достоинство данного метода, так же как и у предыдущего метода, состоит в том, что он не требует знания абсолютных значений концентрации активных ионов в световоде. Суть метода состоит в следующем: при прохождении накачки по активному волоконному световоду ионы Yb3+ переходят в возбужденное состояние и за счет спонтанных распадов люминесцируют. Измеряя интенсивность люминесценции в зависимости от мощности накачки, можно вычислить искомое значение сечения поглощения (на длине волны накачки).
-1 um

Рис. 21. Интенсивность люминесценции в зависимости от интенсивности
накачки
Как уже было ранее установлено, при условиях, когда можно пренебречь вынужденными переходами с верхнего уровня в основное состояние, населенность верхнего лазерного уровня щ может быть выражена в виде (см. формулу (3.5)):

«2=«0
(3.14)
1+<7„Г.У
С другой стороны, интенсивность спонтанной люминесценции пропорциональна населенности верхнего уровня, т.е. п2. Рассмотрим теперь график зависимости пг от