Лазеры на основе оптических волокон, легированных ионами гольмия

• Автор: Шолохов, Евгений Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 100 с. : ил.

Содержание
Введение
Г лава I. Г ольмиевые лазеры как один из типов волоконных лазеров (по литературе)
1.1. Оптические волокна, легированные ионами гольмия, и лазеры на их основе
1.2. Концентрационные эффекты в волоконных лазерах и усилителях
1.3. Методы получения режима модуляции добротности в волоконных лазерах
1.4. Постановка задач
Глава II. Характеристики активных волокон и лазерная схема
2.1. Основные параметры волокон, легированных ионами гольмия
2.2. Определение концентрации активных ионов, объединенных в кластеры
2.3. Схема лазера с накачкой иттербиевым волоконным лазером в области 1.15 мкм
Глава III. Исследование свойств гольмиевых волоконных лазеров
3.1. Лазеры на основе волокна с высокой концентрацией ионов гольмия
3.2. Влияние концентрации активных ионов на эффективность генерации
3.3. Динамические характеристики излучения гольмиевых волоконных лазеров
3.4. Широкополосный гольмиевый источник излучения
Глава IV. Импульсные лазеры с использованием волокон, легированных ионами гольмия
4.1. Иттербиевый волоконный лазер с поглотителем на основе гопъмиевого волокна
4.2. Гольмиевый волоконный лазер с модуляцией добротности
4.3. Импульсная генерация с использованием затвора на. карбоновых нанотрубках
Заключение
Литература

Введение
Волоконные лазеры являются одним из наиболее ярких достижений современной квантовой электроники [1]. Это направление возникло на стыке лазерной физики и волоконной оптики. Ряд преимуществ волоконных лазеров по сравнению с традиционными квантовыми генераторами позволяют им найти различные применения, среди которых телекоммуникация, медицина, обработка материалов, оптическая локация, беспроводная оптическая связь и др. В ряде применений волоконные лазеры уже заменяют традиционные излучатели.
В настоящее время разработаны и промышленно производятся мощные лазеры на основе волокон, легированных ионами УЬ3+ [2], Ег3+ [3], ТпК+ [4]. Получили распространение волоконные лазеры на эффекте вынужденного комбинационного рассеяния [5]. Ведутся активные исследования в области лазеров на основе волокон, легированных висмутом [6]. Эти источники в совокупности позволяют перекрыть спектральный диапазон от 1 до 2 мкм.
В то же время, волоконные лазеры, излучающие на длинах волн более 2 мкм, разработаны значительно слабее. Интерес к таким источникам обусловлен тем, что в области 2.1-2.2 мкм расположен локальный максимум пропускания атмосферы. Кроме того, в медицине достаточно широкое распространение нашли твердотельные гольмиевые лазеры, излучающие на длине волны 2.05 мкм [7]. Широкое клиническое применение таких лазеров обусловлено высоким коэффициентом поглощения биотканями. Замена твердотельных лазеров на компактные волоконные устройства позволила бы упростить использование таких излучателей в медицинской практике.
В диссертационной работе рассматривается возможность реализации эффективного гольмиевого лазера в полностью волоконном исполнении, излучающего на длинах волн более 2 мкм. Актуальность исследований в этой области подтверждается возросшим в последние годы вниманием к ней со

стороны нескольких исследовательских групп по всему миру. В качестве примера можно привести группы из университетов Сиднея (Sydney) и Саутгемптона (Southampton). Следует отметить, что рассматриваемые в настоящей работе проблемы реализации гольмиевых волоконных лазеров включают в себя широкий круг вопросов, которым к настоящему времени посвящен ряд опубликованных статей, ссылки на которые будут даны по тексту при рассмотрении обсуждаемых в них вопросов. К защищаемым положениям данной диссертации относятся:
• Иттербиевые волоконные лазеры длинноволнового диапазона эффективны для накачки гольмиевых волоконных лазеров. Реализация набора гольмиевых лазеров, а также широкополосного источника двухмикронного диапазона.
• Концентрация легирующей примеси и состав сетки стекла влияет на эффективность генерации гольмиевых волоконных лазеров, возможность ее оптимизации, а также оптимизация схемы лазера для повышения эффективности генерации.
• Концентрации примеси ионов гольмия влияет на динамические характеристики лазера и на получение непрерывного режима генерации.
• Оптическое волокно, легированное ионами гольмия, эффективно работает в качестве насыщающегося поглотителя в схеме импульсного иттербиевого волоконного лазера.
• Реализация гольмиевого волоконного лазера, работающего в режиме пассивной модуляции добротности.

160 нм, что делает гольмиевые волокна перспективными для реализации широкополосных источников и генераторов ультракоротких импульсов.
По спектру люминесценции и времени жизни ионов в возбужденном состоянии можно рассчитать абсолютное значение сечения вынужденного излучения основываясь на работах D.E. McCumber [59, 60]. Преимуществом данного способа определения сечения является то, что при расчетах не требуются какие-либо данные по концентрации ионов в активном волокне, и не используется профиль распределения интенсивности излучения в световоде. Необходимыми экспериментальными данными для расчетов сечения вынужденного излучения являются время жизни т на верхнем лазерном уровне и форма спектра люминесценции.
Зная время жизни и форму линии люминесценции и, используя соотношение 3.4, легко получить абсолютное значение сечения люминесценции для ионов гольмия, которое составило 2П0’21 см2.
Из соотношения 3.4 видно, что сечение люминесценции ое(Х) и интенсивность спонтанной люминесценции 11ит(А) связаны следующим соотношением: ое(Х) - ?ит(Х).