Поляризационная динамика генерации иттербиевого волоконного лазера

• Автор: Ся Яньвэнь
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 93 с. : ил.

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Волоконные лазеры

1.2. Поляризационные характеристики волоконных лазеров и усилителей

1.3. Исследование режима модуляции добротности волоконных лазеров

1.4. Иттербиевые волоконные лазеры

1.5. Постановка задачи

Глава.2. Экспериментальное исследование поляризационной динамики излучения иттербиевого волоконного лазера с двойной оболочкой

2.1. Экспериментальная установка

2.1.1. Структура иттербиевого волокна

2.1.2. Схема экспериментальной установки

2.2. Экспериментальное исследование поляризации излучении

волоконного лазера
2.2.1. Влияние мощности накачки
2.2.2. Влияние длины световода, легированного ионами УЬ3+
2.2.3. Влияние нагрева на переключение поляризации излучения иттербиевого волоконного лазера с двойной оболочкой
2.3. Выводы
Глава.З. Теоретическое исследование поляризационной динамики излучения иттербиевого волоконного лазера с
двойной оболочкой
3.1. Феноменологическая модель волоконного лазера с двумя
ортогонально линейно-поляризованными модами
3.1.1. Стационарное распределение населенности в отсутствие лазерного излучения в иттербиевом волоконном лазере
3.1.2. Пространственное распределение интенсивности накачки в отсутствие лазерного излучения в иттербиевом волоконном лазере
3.2. Сравнение экспериментальных и теоретических результатов
3.3. Выводы
Глава.4. Поляризационные характеристики иттербиевого волоконного усилителя
4.1. Теория поляризационной чувствительности волоконного усилителя
4.2. Расчет поляризационно-нечувствительного усилителя
4.2.1. Условие поляризационной нечувствительности
4.2.2. Использование нагрева для получения поляризационной нечувствительности
4.3. Выводы
Глава.5. Генерация гладких микросекундных импульсов в иттербиевом волоконном лазере с двойной оболочкой
5.1. Экспериментальная установка
5.2. Результаты эксперимента
5.3. Динамические уравнения модуляции добротности иттербиевого волоконного лазера с двойной оболочкой
5.4. Анализ и обсуждение результатов
5.5. Выводы
5.6. Заключение
Литература

Волоконными называются лазеры, активной средой которых являются волоконные световоды, легированные ионами ряда редкоземельных элементов, главным образом Ш3+, Ег3+, УЬ3+, и др,[1,2]. Одним из направлений современной лазерной физики является разработка и исследование волоконных лазеров.
Волоконные лазеры, как представители третьего поколения лазерной техники, обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными лазерами, к числу которых относятся следующие: эффективный теплоотвод; эффективность накачки; высокие стабильность и надежность лазера; компактность и малый вес. Эти преимущества позволяют волоконным лазерам не только находить свою нишу в ряде применений, но и в некоторых случаях заменять традиционные лазеры.
Впервые волоконный лазер был реализован Снитцером в 1961 году, когда была продемонстрирована лазерная генерация в стекле, легированном ионами Ш3+ [3]. Создание и бурный прогресс современных высоко-эффективных и компактных волоконных лазеров связаны с развитием технологии получения волоконных световодов и с появлением мощных полупроводниковых источников накачки, которые стимулируются бурным развитием волоконно-оптической связи. Последнее обстоятельство стало решающим фактором в разработке и промышленном производстве долгоживущих и высокоярких лазерных диодов и целого набора специальных волоконных световодов. Среди них - световоды, легированные редкоземельными элементами.
Впервые волоконный световод, легированный ионами эрбия, в качестве волоконных усилителей сигнала на длинах волн в диапазоне 1,53-1,56мкм, был продемонстрирован Д.Пэйном в 1987 году [4]. Эрбиевый волоконный усилитель (ЕБРА) обладает сочетанием уникальных свойств (непосредственное усиление оптических сигналов, без их преобразования в электрические сигналы и обратно; возможность одновременного усиления сигналов с различными длинами волн; низкий уровень шума; минимальные оптические потери

Кг = -а, / 2 ± кчП)1-(щ-Щ ,Л}=-1 - (а, -1)£, /£п,
^ _ £|1 (а2 ~ В ~ ^21 6*1 ц11(7 £,+£,(«,-1)
, 1 Г®1 > >1 ,
при а/>1, а2<1; или < , , оба корня Я/ и Я^ являются
1^п(«2 ~1)<#2.(«1
комплексно-сопряженными (для волоконного лазера имеет место 6»1), особая точка (26) будет устойчивым фокусом и уравнение (1) описывает затухающие пульсации интенсивности излучения около стационарного состояния (26) с частотой:
(а1 — 1)
Аналогично, характеристическое уравнение точки (2в)
[д-^^,-1)-^(«2-1)0].[Л + 1 + |1( 1)].(Д2+ я + ( 1)о)
&2+£|2 («2-1)
имеет корни:
Л,2 =-ссг!2±7(а2/2)2-(а2-1)С2, Я, = -1 -(«2 -1)£12 /£а,
_<Г22(а,-1)-£|2(«2-1)с
^+#,2^2-1)
. < а > >1 , ч
при арч, «/< 1; или <1 , особая точка (2в) будет устойчивым
1#22 («1-1)<^12 («2
фокусом и уравнение (1) описывает релаксационные колебания интенсивности излучения около стационарного состояния (2в) с частотой
£12 =у'С2(аГ2_0-Характеристическое уравнение точки (2г) имеет вид
Я4 + (ог1 4-дг2)Я3 4~(сТ|бг2 +/|(7|^л 4-/2С2£22)Я2 4-+ (/,0,^ +/2С2^22а1)Я + /1/201С2(#]|^22 -£2#21)
т.е. Я + С| * Я + с2 * Я2 + * Я 4* — 0.
Критерий Рауса-Гурвица для этого уравнения дает устойчивость при