Режимы синхронизации мод в сверхдлинных волоконных лазерах с различными конфигурациями резонаторов

• Автор: Иваненко, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 103 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Обзор литературных данных
2. Синхронизация мод
Режимы синхронизации мод в коротких волоконных лазерах с нормальной суммарной внутрирезонаторной дисперсией
3. Сверхдлинные волоконные лазеры с синхронизацией мод за счёт нелинейной эволюции поляризации
3.1. Режимы синхронизации мод в сверхдлинных волоконных лазерах
3.2. Сжатие импульсов сверхдлинных волоконных лазеров
3.3. Линейно-кольцевая схема резонатора в сверхдлинных волоконных лазерах
Заключение
Список используемой литературы

Введение
В настоящее время лазеры являются важными инструментами для фундаментальной науки и практических приложений. Революционный прогресс во многих областях науки обусловлен развитием мощных лазерных систем, генерирующих ультракороткие импульсы и генераторов с высокой энергией импульса.
Получение ультракоротких импульсов (УКИ) пико- и фемтосекундной длительности позволило перейти к изучению динамической картины быстропротекающих процессов. К таким процессам относятся релаксация колебательного и электронного возбуждений, внутреннее движение молекул, элементарные стадии химической реакций, релаксация фотовозбуждённых электронов в полупроводниках, первичные стадии преобразования света в фотосинтезирующих и зрительных пигментах и др. [1,2].
Ультракороткие импульсы лазерного излучения являются незаменимым прецизионным инструментом многих передовых исследовательских и технологических методов в индустрии наносистем и материалов. В качестве наиболее ярких примеров можно привести успешное применение таких импульсов для изучения плазмон-экситонного взаимодействия в гибридных наноструктурах (с помощью воздействия высокоэнергетичных ультракоротких импульсов на поверхность таких структур) [3, 4], для исследования химических процессов на атомно-молекулярном уровне (реализация новых оптических методов исследования молекул, позволяющих наблюдать за перемещениями электронов при изменении молекулой её формы), для характеризации квантовых наноструктур (квантовых точек и др.) [5], для технологий лазерного напыления наноструктурированных пленок и модификации поверхности конструкционных материалов, для записи микро- и наноструктур (волноводов и др.) в прозрачных средах [6-8], для оптических пинцетов [9-11], способных захватывать и перемещать объекты в наноразмерном диапазоне длин, для создания оптических

наноантенн, детектирующих флуоресценцию отдельных молекул, для активации металлических наночастиц, используемых для доставки лекарств или анти-опухолевых устройств внутри организма, для создания металлических наноигл, применяемых в сканирующей зондовой микроскопии.
Среди генераторов ультракоротких импульсов все большее распространение в различных областях науки и техники получают волоконные лазеры с синхронизацией мод.
Принципиальное преимущество волоконных световодов как лазерной среды по сравнению с объемными активными средами заключается в низких оптических потерях, большой длине взаимодействия и малом диаметре световедущей сердцевины (обычно 4-20 мкм), что обеспечивает высокую эффективность накачки излучением лазерных диодов. Полный КПД (относительно потребляемой электрической энергии) волоконных лазеров благодаря диодной накачке, а так же распределенному по длине волокна поглощению накачки и распределенному усилению, может превышать 30 %. Большое отношение площади поверхности волоконного световода (диаметром ~ 100 мкм) к его объему радикально решает проблему теплоотвода, позволяя создавать волоконные лазеры с выходной мощностью ~ 1 кВт и воздушным охлаждением [12 - 14]. Исключительно важным для многих применений является высокое качество выходного пучка волоконных лазеров.
Цельно-волоконные лазеры, в принципе, лишены большинства недостатков присущих лазерам на объемных элементах (разъюстируемость, подверженность вибро и акустическим воздействиям и т.д.). Габаритные размеры цельно-волоконных лазеров могут быть меньше размеров классических лазеров на объемных элементах и в значительной степени определяются габаритами используемой диодной накачки. Отсутствие у таких лазеров резонатора в классическом его представлении (в виде набора

Стабильная Генерация импульсов с ВЧ Шумоподобная
одноимпульсная флуктуациями генерация
генерация интенсивности излучения

5 Ч Й

. о.
? ° го и
0 >5 !- §
1 і ? I

£ 3-

Временная задержка, пс
Временная задержка, пс
Рис. 2.7. Экспериментально измеренные (красные) и смоделированные (синий) оптические спектры и ЛКФ для Зх характерных режимов генерации в иттербиевом волоконном лазере с синхронизацией мод за счёт нелинейной эволюции поляризации: стабильной одноштульсной генерации (левая колонка), режима генерации импульсов с высокочастотными флуктуациями интенсивности излучения (центральная колонка) и шумоподобной генерации (правая колонка).