Содержание к диссертации
Введение 4
Глава 1, Иттербиевые волоконные лазеры. (По литературе) 9
Ы. Активные волоконные световоды 9
Иттербиевые волоконные лазеры с накачкой в оболочку 17
Способы получения импульсного режима 22
1А Источники широкополосного излучения на основе иттербиевых
волоконных световодов с двойной оболочкой... 24
1.5. Постановка задач 26
Глава 2, Влияние нагрева на оптические свойства волоконных
световодов, легированных ионами Yb3+ 27
2.1. Температурная зависимость спектров поглощения и люминесценции
волоконных световодов, легированных ионами YbJ+ 27
Влияние нагрева на эффективность генерации волоконных лазеров....33
Иттербиевый волоконный лазер с длиной волны генерации 1.18 мкм.39
Выводы 41
Глава 3. Иттербиевый волоконный лазер с еамомодуляцией
добротности 43
Схема лазера с нелинейной обратной связью 43
Исследование характеристик импульсного волоконного лазера 47
Импульсный лазер на основе GTWave-световода 52
ЗА Выводы 60
Глава 4. Широкополосный и перестраиваемый источники
излучения на основе GTW-еветовода 62
Широкополосный источник на основе GTWave-световода 62
Перестраиваемый волоконный лазер на основе GTWave-световода .,.,65
Выводы 72
Глава 5, Волоконные лазеры с рефлекторами на основе
многомодовых решёток Брэгга 74
Волоконная решётка Брэгга, записанная на градиентном световоде „„74
Одпомодовый волоконный иттербиевый лазер с многомодовым волоконным брэгговским отражателем ....76
Многомодовый иттербиевый волоконный лазер 82
Выводы 86
Заключение 88
Литература 90
Введение к работе
Разработка и исследование волоконных усилителей и лазеров, использующих в качестве активной среды волоконные световоды, легированные ионами ряда редкоземельных элементов, является одним из направлений современной квантовой электроники. Впервые волоконный лазер был продемонстрирован Снитцером в 1961 г.э получившим лазерную генерацию в стекле, легированном ионами неодима Nd + [1]. Начало бурного развития этого направления связано с демонстрацией возможности использования волоконных световодов, легированных ионами эрбия Ег3+[2], в качестве волоконных усилителей сигнала на длинах волн в диапазоне 1.53-1.56 мкм. Применение волоконных усилителей позволяло отказаться от использования электронных ретрансляторов и перейти к созданию нового поколения волоконно-оптических линий связи. Это привело к использованию специальных волоконных световодов в качестве активной среды лазеров. Кроме того, исследования в области волоконно-оптических усилителей послужили толчком для создания мощных полупроводниковых источников накачки. Открытие фоторефрактивного эффекта в световодах [3] и создание техники записи внутриволоконных брэгговских отражающих решеток [4] позволили формировать селективные брэгговские зеркала непосредственно в волоконных световодах. Таким образом, появилась возможность реализовывать лазерные резонаторы полностью в волоконном исполнении, без внешних объёмных элементов [5, 6? 7].
Разработка мощных полупроводниковых источников с широкой светоизлучающей областью позволила приступить к созданию непрерывных волоконных лазеров средней мощности - от сотен милливатт до десятков ватт. Подробный обзор результатов, полученных в области создания и исследования непрерывных волоконных лазеров средней мощности (Р ~ 10" —- 10 Вт), представлен в работе [8]. В основе таких устройств лежит использование волоконных световодов с двойной оболочкой и сердцевиной,
легированной активной примесью. Наиболее распространенной легирующей добавкой для таких световодов являются ионы иттербия Yb3+. В настоящее время в итгербиевых волоконных лазерах достигнута непрерывная выходная мощность, составляющая 615 Вт одной поперечной моде и 1 кВт в многомодовом режиме [9, 10, 11, 12, 13],
Иттербиевые волоконные лазеры находят применения в телекоммуникации, являясь источниками накачки ВКР-лазеров [14,15], и усилителей [16, 17], в частности для накачки двухволновых ВКР-источников [18, 19]. В то же время, достигнутые уровни выходной мощности значительно расширяют области их применения, позволяя конкурировать волоконным лазерам с твердотельными в обработке материалов, медицине, военно-технических применениях и пр. [20].
Следует отметить, что к началу диссертационной работы проблема создания волоконного лазера на основе итгербиевых волоконных световодов с накачкой в оболочку была, в основном, решена. Вместе с тем, основные направления исследований в этой области были связаны с повышением эффективности и выходной мощности итгербиевых волоконных лазеров [21, 22, 23], Значительно меньшее внимание уделялось таким вопросам, как влияние внешних воздействий (в частности, нагрева) на характеристики лазера, что выглядит необходимым как с фундаментальной, так и практической точки зрения. Кроме того, отсутствовали исследования в области создания импульсных лазеров в чисто волоконном исполнении, хотя достижение высоких пиковых мощностей предоставляет новые области их возможных применений. Для ряда применений требование одномодового характера излучения лазера не является обязательным, поэтому разработка варианта схемы многомодового лазера также представляет значительный интерес, так как это открывает возможности значительного повышения мощности выходного излучения [24, 25]. Отметим также, что в литературе недостаточно освещены вопросы усилительных свойств итгербиевых
волоконных световодов, особенно это касается свойств GTWave-световода, предложенного в [26].
Таким образом, актуальность работы определяется широким кругом реализованных и возможных применений источников излучения на основе иттербиевьтх волоконных световодов, а также необходимостью более детального исследования оптических свойств этих световодов и лазеров на их основе и расширения круга возможных лазерных конфигураций.
Следует отметить, что, вообще говоря, круг задач, связанных с исследуемым объектом, является чрезвычайно широким. Данная работа посвящена лишь отдельным аспектам проблемы исследования иттербиевых волоконных лазеров и усилителей. Ее цели могут быть сформулированы следующим образом:
исследование влияния нагрева на оптические свойства иттербиевых волоконных световодов и лазеров на их основе;
исследование возможности создания импульсного иттербисвого волоконного лазера без использования объемных элементов;
исследование свойств иттербисвого GTWave-световода и реализация широкополосного источника на его основе, а также исследование перестраиваемого волоконного лазера на основе иттербиевого GTWave-световода;
реализация и исследование волоконного лазера с отражателями на основе многомодовых брэттовских решеток, излучающего как в многомодовом, так и одномодовом режимах.
Следует отметить, что все цели работы требуют проведения оригинальных исследований, что и определяет ее новизну.
Содержательная часть диссертационной работы состоит из четырёх глав.
В Главе 1 проведён обзор опубликованной литературы, касающейся вопросов исследования свойств волоконных световодов, легированных
ионами иттербия. Подробно описаны спектральные свойства ионов иттербия в кварцевом волоконном световоде, рассмотрены результаты исследований поглощения и люминесценции, характеристики световодов, легированных иттербием, способы накачки лазеров и усилителей. Также рассмотрены основные свойства GTWave-световодов.
