2,07-микронный гольмиевый волоконный лазер с распределенной обратной связью Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

2,07-МИКРОННЫЙ ГОЛЬМИЕВЫЙ ВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕР С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

12 12* 3 3 1

Вольф А.А. ' , Скворцов М.И. ' , Камынин В.А. , Жлуктова И.В. , Абдуллина С.Р. ,

12 3 12

Достовалов А.В. ' , Цветков В.Б. , Бабин С.А. '

1 Институт автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск 2 Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, Россия 3 Институт общей физики им А.М. Прохорова, г. Москва * E-mail: qwertymikhails@gmail.com

DOI 10.24411/2308-6920-2019-16121

Благодаря высокой стабильности выходного одночастотного излучения, низкому уровню шума (сигнал/шум ~70 дБ), узкой линии генерации (0,1-10 кГц), волоконные лазеры с распределенной обратной связью (РОС-лазеры) имеют широкий диапазон применений от спектроскопии до сенсорных систем. При генерации в диапазоне длин волн ~ 2 мкм спектр применений увеличивается. В первую очередь это связано с тем, что около 2.1 мкм находится локальный минимум поглощения атмосферы, что позволяет использовать двух-микронное излучение в атмосферных оптических линиях связи, лазерной локации. Благодаря сильному поглощению на 2 мкм для воды, основной составляющей биологической ткани, достигается значительный нагрев небольших ее участков, что позволяет производить очень точные разрезы и может быть использовано в хирургии.

Как правило, для формирования структуры РОС-лазера в активном световоде применяется технология ультрафиолетовой записи через фазовую маску. Однако применение фазовой маски не позволяет варьировать длину волны генерации и является дорогостоящим решением. В работе [1] был впервые продемонстрирован лазер с распределенной обратной связью, в качестве резонатора которого выступала 32-мм волоконная брэгговская решетка (ВБР) с фазовым п-сдвигом, изготовленная с помощью методики поточечной фемтосекундной записи в активном эрбиевом волоконном световоде. Методика введения фазовых сдвигов в структуру ВБР основана на быстром смещении волоконного световода с помощью пьезокерамического транслятора [2]. Одной из особенностей ВБР, созданных с помощью фемтосекундного (фс) лазерного излучения, является относительно большая величина двулучепреломления (ön ~ 10-5-10-4), что на порядок больше, чем для ВБР, записанных с помощью УФ излучения. Это приводит к тому, что порог генерации достигается только для одной поляризационной моды. Кроме того, применение подобной методики позволяет изготавливать такие структуры в нефоточувствительных световодах.

В настоящей работе впервые представлен РОС-лазер с длиной волны генерации 2,07 мкм, изготовленный по фс технологии. В качестве активной среды использовалось маломодовое высоколегированное Ho3+ волокно длиной 42 мм, поглощение которого составило -110дБ/м на длине волны 1,150 мкм. Экспериментальная схема представлена на рис. 1.: излучение накачки на 1,125 мкм с максимальной мощностью -5,5 Вт заводилось через спектрально-селективный разветвитель (ССР) в активный световод, в котором была изготовлена ВБР структура с п-сдвигом. Далее излучение генерации на 2,07 мкм выводилось на измерительные приборы также посредством ССР.

Рис.1.Схема экспериментальной установки: РЧ анализатор - радиочастотный анализатор, АОС - анализатор оптических спектров, ВО ИМ - волоконно-оптический интерферометр Майкельсона, ССР - спектрально-селективный разветвитель

В ходе работы были изучены режимы генерации при различных температурных условиях. В случае, когда резонатор был помещен в жидкий азот (~ -196Х), непрерывный режим наблюдался уже на пороге генерации. В конфигурации, где резонатор РОС-лазера находился при комнатной

№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 241

температуре (~ 20°C) наблюдался самопульсирующий режим при мощности накачки более 2 Вт, что значительно больше порогового значения (1,5 Вт). На рис.2(а) представлена зависимость выходного излучения от мощности накачки в случае охлаждения резонатора до криогенной температуры.

Рис.2(а)Зависимость мощности выходного излучения от мощности накачки (б)Спектры генерации для различных конфигураций: синий цвет - резонатор охлаждался спиртом (комнатная температура), красный цвет - резонатор помещен в жидкий азот

(криогенная температура)

Порог генерации наблюдался при мощности накачки ~ 350 мВт, максимальная мощность генерации составила 53 мВт при 5,2 Вт накачки. Таким образом, дифференциальная эффективность для генерации, распространяющейся противоположно излучению накачки, составила ~ 1,1%. Так же, при охлаждении резонатора, наблюдался значительный сдвиг спектра генерации в коротковолновую область, в нашем случае он составил ~ 1,85 нм, как показано на рис.2(б). Так как излучение на 2 мкм сильно поглощается в световоде (~0,2дБ/м), то использование методик на основе гетеродинирования для определения спектральной ширины в данном случае не подходит. Для измерения был применен подход, описанный в работе [3], где ширина определялась из измеренного фазового шума и составила к10кГц.

Таким образом, применение поточечной методики записи ВБР структур позволило изготовить первый однополяризационный РОС-лазер в гольмиевом световоде. В докладе мы более детально обсудим результаты экспериментов и потенциальные применения таких лазерных источников.

Работа выполнена в рамках темы госзадания ИАиЭ СО РАН (рег. № АААА-А17-117062110026-3).

Литература

1. БкуоШоу М.1., ег а1, Ьаэег РЬуэ. ЬвП. 15, 035103 (2018)

2. Шо1ГА.А., ег а1, Орг. & ЬазегГес1то1. 101, 202(2018)

3. Ботетюо О, ег а1, Арр1. Орг. 49, 4801 (2010)

242 №6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru