Вкр — лазеры

Созданные волоконные лазеры на основе световодов, легированных ионами редкоземельных элементов, излучают лишь в определенных спектральных областях, не заполняющих весь ближний ИК диапазон. Использование ВКР (вынужденного комбинационного рассеяния) в волоконных световодах позволяет создавать эффективные преобразователи длины волны излучения лазерных источников и получать лазерную генерацию практически на любой длине волны ближнего ИК диапазона. При этом конфигурация ВКР-лазера и характеристики световода, используемого для преобразования, зависят от длины волны излучения накачки и заданной длины волны излучения конвертера. В качестве источника накачкипредпочтительнее использовать иттербиевый волоконный лазер вследствие высокой эффективности генерации, а также достаточно широкого спектрального диапазона, в котором она достигается.

В данном разделе рассматриваются различные типы лазеров, реализованных и исследованных в НЦВО.

Однокаскадные ВКР — лазеры

Простейшим типом ВКР-лазера являются устройства, использующие лишь один каскад преобразования. Световод с сердцевиной на основе германосиликатного стекла (Д vst = 440 — 480 см-1) преобразует излучение иттербиевого волоконного лазера в излучение с длиной волны в области 1.1−1.22 мкм.

Для экспериментальной реализации была выбрана конфигурация, позволяющая преобразовать излучение иттербиевого лазера с длиной волны 1.09 мкм в излучение на л = 1.15 мкм. В качестве активной среды ВКР-лазера использовался стандартный волоконный световод «Flexcore-1060» со следующими параметрами: оптические потери — 0.8 дБ/км на л = 1.06 мкм, коэффициент ВКР-усиления в области 1.15 мкм — 5.5±0.5 дБ? км-1Вт-1. Длина используемого световода составила 500 м, коэффициент отражения выходной брэгговской решетки R = 20%. На рис. 4.1 представлена экспериментальная зависимость выходной мощности конвертера от выходной мощности иттербиевого лазера при длине световода 500 м. Здесь же приведена теоретическая зависимость, рассчитанная на основе модели, описанной в разд.2.5. Из рис. 4.1 следует, что эффективность преобразования излучения волоконного лазера превышает 70%.

Рисунок 4.1 — Зависимость выходной мощности однокаскадного ВКР — конвертера на основе германосиликатного световода от мощности иттербиевого лазера.

Волоконные световоды с сердцевиной на основе фосфоросиликатного стекла характеризуются наличием дополнительного пика комбинационного рассеяния с максимумом в области 1330 см -1. Как правило, такие световоды имеют молярное содержание оксида фосфора 13−15% и оптические потери — 1.8 дБ/км на длине волны 1.06 мкм, спадающие примерно до 1 дБ/км в области 1.5 мкм. Поэтому однокаскадные ВКР-преобразователи излучения иттербиевого волоконного лазера на основе таких световодов позволяют получать излучение с длиной волны в области 1.22−1.35 мкм. При использовании в качестве источника накачки неодимового волоконного лазера возможно реализовать ВКР-лазеры с длиной волны излучения в области 1.24 мкм с эффективностью преобразования около 70%. На рис. 4.2 показана зависимость выходной мощности ВКР-лазера на длине волны 1234 нм от мощности волоконного лазера, излучающего на длине волны 1060нм. Спектр излучения ВКР-лазера представлен на вставке к рис. 4.2. Особенностью реализованной схемы являлось то, что брэгговские решетки, формирующие резонатор ВКР-лазера, записывались непосредственно в фосфоросиликатном световоде. Это позволило снизить внутрирезонаторные потери и увеличить эффективность преобразования.

Рисунок 4.2 — Зависимость выходной мощности однокаскадного ВКР — лазера от мощности накачки на входе в фосфоросиликатный световод. На вставке представлен спектр излучения на выходе ВКР-лазера.

Значительный интерес представляет создание ВКР-лазеров на основе волоконных световодов с исключительно высокой (более 50%) концентрацией Ge02 в сердцевине. В этом случае за счет более высокой нелинейности германатного стекла, чем плавленого кварца, и малого диаметра сердцевины световода удается получать коэффициенты ВКР-усиления, составляющие сотни дБ км-1Вт-1, что позволяет существенно уменьшить длину активной среды ВКР-лазера. Так был продемонстрирован ВКР-лазер на основе волоконного световода с молярной концентрацией двуокиси германия в сердцевине 75% и коэффициентом ВКР-усиления, составляющимоколо300дБ км-1Вт-1.Длинарезонатора волоконного лазера составила всего 3 м. При этом эффективность преобразования излучения иттербиевого лазера (л = 1.07 мкм) в излучение на длине волны 1.12 мкм составила 70%. Соответствующая зависимость выходной мощности ВКР-лазера от мощности накачки Yb-лазера представлена на рис. 4.3.

Рисунок 4.3 — Зависимость выходной мощности ВКР-лазера на основе германатного световода от мощности накачки.