Введение к работе
Актуальность темы.
Высококачественные волоконные световоды, легированные ионами редкоземельных элементов, были разработаны менее десяти лет назад, однако получили за столь короткий срок весьма широкое распространение благодаря уникальному сочетанию своих волноводвых, лазерных нелинейных свойств. Наибольший интерес вызывают световоды, активированные ионами Ег**. Ширина спектра люминесценции эрбия в кварцевом стекле достаточна для усиления импульсов длительностью менее 100 фс, а максимум усиления (около 1,535 мкм) лежит в области минимальных оптических потерь плавленого кварца. Кроме того, наличие нескольких полос поглощения в диапазоне от 0,53 мкм до 1,48 мкм позволяет использовать различные источники накачки, включая лазерные диоды. Таким образом, волоконные световоды, легированные эрбием, весьма перспективны с точки зрения их использования в волоконных линиях связи. В особенности это относится к разрабатываемым солитовным линиям оптической связи, в которых эффект дисперсионного расплывання импульсов компенсируется нелинейным эффектом фазовой самомодуляцин, что позволяет резко увеличить скорость передачи информации на большие расстояния по сравнению с обычными, линейными системами связи.
Разработка элементной базы солитонных линий связи в настоящее время не полностью завершена, и если о ретрансляторах сигнала можно однозначно утверждать, что они будут основаны на эрбиевых усилителях, то в качестве источников сигнала на данном этапе конкурируют, с одной стороны, волоконные лазеры, а с другой стороны, схемы, основанные на комбинации лазерных диодов и волоконных усилителей.
пий резонатора; возможность непрерывной генерации в активной среде на основе стекла (в объемных образцах из стекла получение непрерыв ной генерации осложняется проблемой теплоотвода); концентрация по ля в сердцевине световода, что обуславливает очень низкие пороговые значення мощности накачки и позволяет использовать для управления параметрами излучения нелинейные эффекты. От волоконных лазеров на основе нелинейных эффектов лазеры с активными световодами отличаются, в первую очередь, сочетанием высокого коэффициента усиления с широкой полосой (около 200см-1 в эрбиевых алюмосиликат ных световодах ), а также высокой выходной мощностью, достигающей 1 Вт в непрерывном режиме и возможностью использования накачки от лазерных диодов.
Одним из наиболее важных направлений развития волоконных лазеров является, несомненно, режим синхронизации мод, при котором генерируются импульсы пикосекуидной и фемтосехуидной длительности. Помимо перспектив использования эрбиевых волоконных лазеров в солитонвых линиях связи лазеры такого типа являются удобным и относительно простым источником сверхкоротких импульсов для ряда исследовательских задач.
Несмотря на большое количество публикаций, посвященных в последние годы процессам как активной, так й пассивной синхронизации мод в эрбиевых волоконных лазерах, ряд Важных вопросов оставался неисследованным. Так, не была детально исследовава структура импульсов пассивной синхронизации мод в лазерах с нелинейной усиливающей петлей. В связи с наблюдением интересного явления квантования энергии в волоконных лазерах с пассивной синхронизацией мод возникает вопрос о возможности эффекта памяти в лазерах данного типа. Большое прикладное значение для солитонвых систем оптиче-
кой и с фазовым модулятором в резонаторе.
Научная новизна диссертационной работы.
-
Экспериментально показано, что при усилении малоинтенсивної сигнала с широким спектром в волоконном усилителе формируют; * импульсы, близкие по параметрам к фундаментальным солитовам При этом конечная ширина линии усиления в сочетании с большим коэффициентом усиления приводит к спектральной фильтрации у си ливаемого сигнала.
-
Установлено, что ори усилении фемтосекундных солитовов в све товоде, легированном ионами эрбия, вначале происходит рост вгатен сивности, затем сжатие усиливаемых импульсов, и, наконец, их рас над, сопровождающийся формированием фундаментальных солитонов в стоксовом крыле. Показано, что динамика усиления существенно за висит от соотношения между дисперсионной длиной усиливаемых импульсов и характерной длиной усиления данного световода.
-
Исследован процесс пассивной синхронизации мод в волоконном лазере с нелинейной усиливающей петлей. Предложена и реализована усовершенствованная схема лазера данного типа, позволяющая получать многосолвтояные импульсы на выходе лазера без дополнительного усиления.
Практическая ценность работы. Результаты исследований, проведенных в работе, могут быть исполь эованы при разработке новых источников сверхкоротких импульсов как для систем оптической связи, так и для экспериментах, связанных с быстропротекаюшими процессами. 1. Продемонстрированный метод формирования солитоноподобных им
Структура и, обьем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий обьем составляет 132 страницы, включая 30 рисунков, и библиографию из 92 пунктов.
Диссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию компенсации фазовых искажений импульсного твердотельного лазера гибкими зеркалами внутри и вне резонатора.
Актуальность темы:
Важной характеристикой определяющей эффективность
использования лазеров в технологии, связи и медицине является
величина плотности мощности на оси диаграммы направленности
излучения. Однако с ростом общей мощности твердотельного лазера
с ламповой накачкой происходит увеличение расходимости его
излучения. '
Проблема увеличения расходимости определяется в первую очередь возникновением фазовых искажений внутри резонатора лазера. Основной причиной таких искажений являются термоаберрации активной среды, возникающие в результате действия охлаждения и излучения накачки. Важной особенностью фазовых искажений в импульсных лазерах является их нестационарность..
Наиболее часто для уменьшения расходимости излучения применяют приемы, связанные с уменьшением добротности резонатора, например, в оптическую схему помещают диафрагму. В результате повышение качества излучения достигается за счет значительных потерь общей мощности лазера.
Возможен другой путь повышения качества излучения, не вызывающий больших потерь общей мощности. Используя методы адаптивной оптики и помещая гибкое зеркало внутри резонатора
существенно лучший результат; чем система содержащая один корректор из двух.
3. Для кристаллов YAG и YA103 экспериментально найдены зависи
мости первых десяти аберрационных коэффициентов от мощности
накачки.
-
Изготовлено выходное гибкое зеркало резонатора для исправления крупномасштабных аберраций. Получены зависимости аберрационных коэффициентов от величины приложенных напряжений.
-
Проведен анализ адаптивного аберрационного резонатора с линзрподобной средой в интервале изменения мощности накачки 0.5-3.5 кВт.
Практическая ценность работы:
1. В результате совместной компенсации аберраций излучения
внутри и вне резонатора плотность мощности излучения увеличилась
более чем на порядок. В системе с одним корректором такой
результат получить не удалось.
-
Разработана методика измерений и создана автоматизированная установка, позволяющая определять аберрации активных элементов лазеров.
-
Разработано и изготовлено гибкое зеркало для исправления крупномасштабных аберраций лазерного излучения.
4. Найдены зависимости изменения параметров линзоподобной
активной среды от мощности накачки в диапазоне 0.5- 3.5 кВт для
кристаллов YAG и YA103. Эти зависимости позволяют теоретически
оптимизировать конфигурацию резонаторов.
1990", Москва , Всесоюзной конференции "Применение лазеров в народном хозяйстве", Шатура, (I98S), IY Нижне-волжском региональном научном семинаре "Диагностические применения лазеров и волоконной оптики в народном хозяйстве", Волгоград, 1991.
Публикации:. По результатам диссертации опубликовано 10 научных работ.
диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложения. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков, 2 таблицы, список литературы из 95 наименований и приложение.
