CC BY
22ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ КСЕНОНОВЫЙ ЛАЗЕР НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННОГО СВЕТОВОДА С ПОЛОЙ СЕРДЦЕВИНОЙ
Гладышев А.В., Комиссаров Д.Г., Нефедов С.М., Косолапов А.Ф., Вельмискин В.В.,
Минеев А.П., Буфетов И.А.
Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН, г. Москва * E-mail: alexglad@fo.gpi.ru DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-237-238
До настоящего времени волоконные газовые лазеры (ВГЛ) на световодах с полой сердцевиной были реализованы только с оптической накачкой. И естественно, что в этих условиях характеристики ГВЛ ограничиваются предельными характеристиками лазера накачки. Для того, чтобы в полной мере реализовать возможности световодов с полой сердцевиной (СПС) (устойчивость к высокоинтенсивному излучению, широкий спектральный диапазон пропускания, низкие значения дисперсии и т.д.) в полностью волоконных оптических схемах, необходимо решить задачу генерации лазерного излучения непосредственно в СПС, не используя в качестве источника накачки другие лазеры. Данная цель в принципе может быть достигнута при условии создания газоразрядных волоконных лазеров (ГРВЛ) на волоконных световодах с полой сердцевиной. Попытки создания таких лазеров предпринимались исследователями в течение последних примерно 15 лет. Но наибольшим продвижением в этом направлении до настоящего времени было заявленное наблюдение оптического усиления в газовом разряде постоянного тока в СПС на длинах волн 3.11, 3.37, и 3.51 мкм [1]. Несмотря на отмеченное оптическое усиление, лазерная генерация не была продемонстрирована. До настоящего времени указанные результаты не получили дальнейшего развития.
В представленной работе впервые реализован ГРВЛ на револьверном волоконном световоде с полой сердцевиной. Для накачки газовой смеси использовалась ранее предложенная нами схема возбуждения СВЧ разряда в СПС [2] и результаты исследования стабильности СВЧ разряда в благородных газах в СПС [3].
Схема созданного ГРВЛ представлена на Рис.1. Револьверный световод заполнялся смесью газов He:Ar:Xe в соотношении 100:10:1 при суммарном давлении 130 торр. Концы световода герметично вводились в миниатюрные вакуумные камеры, подключенные к вакуумной системе и к системе заполнения газами. Конструкции вакуумных камер также включали зеркала лазерного резонатора и допускали их юстировку. Глухое зеркало резонатора представляло собой полированную алюминиевую пластину. Выходное зеркало имело высокий коэффициент отражения на возможных длинах волн генерации ксенонового лазера за счет использования многослойного интерференционного покрытия. Спектр пропускания выходного зеркала представлен на Рис.2. Часть лазерного револьверного световода длиной 30 см помещалась в область импульсного СВЧ поля частотой 2.45 ГГц, длительностью импульсов 20 мкс, частотой следования импульсов 400 Гц. Максимальная напряженность электрического СВЧ поля, направленного перпендикулярно оси световода, достигала в экспериментах величины 1 кВ/см. Вид поперечного сечения револьверного СПС показан на Рис.3Ь. Диаметр полой сердцевины составлял 130 мкм
Рис.1. Схема эксперимента. 1-СПСревольверного типа, длина 120 см; 2-область СВЧ поля, длина 30 см; 3-миниатюрные вакуумные камеры, подключенные к системе заполнения газом; 4-глухое лазерное зеркало; 5-выходное лазерное зеркало; 6-регистрирующая аппаратура (фотоприемник, спектроанализатор)
Рис.2. Спектр пропускания выходного лазерного зеркала (п.5 на Рис.1)
СВЧ разряд инициировался в СПС с помощью кратковременного (~1 с) облучения УФ излучением ртутной лампы. После юстировки зеркал резонатора возникала лазерная генерация на длине волны 2.027 мкм. Спектр лазерного излучения регистрировался с помощью спектроанализатора Yokogawa 625 (Рис.4). Предварительно положение линии генерации определялось с помощью полосовых фильтров. Осциллограммы лазерного излучения регистрировались с помощью фотодетектора, чувствительного в спектральном диапазоне от 1 до 5 мкм (Рис.3а). Максимальная мощность генерации в пике составляла ~1мВт.
-20 о Время (мкс) 20
Рис.3. а) Осциллограммы СВЧ импульса накачки и излучения ксенонового газоразрядного волоконного лазера в различных условиях. Ь) Поперечное сечение револьверного СПС, использованного в экспериментах
Рис.4. Спектр излучения ксенонового волоконного газоразрядного лазера
Представленные результаты показывают принципиальную возможность создания нового типа лазеров - газоразрядных волоконных лазеров. Тем самым открыты возможности совершенствования конструкции таких лазеров в ходе дальнейших исследований. В результате ГРВЛ, используя сочетание преимуществ волоконных и газоразрядных лазеров, найдут многочисленные применения в различных областях науки и техники.
Работа выполнена на средства Российского научного фонда (грант № 22-19-00542), https://rscf.ru/project/22-19-00542/.
Литература
1. S.A.Bateman, W.Belardi, F. Yu et al. Gain from Helium-Xenon Discharges in Hollow Optical Fibres at 3 to 3.5 цт, " in CLEO: 2014 Postdeadline Paper Digest, OSA Technical Digest (online) (Optica Publishing Group, 2014), paper STh5C.10
2. A.Gladyshev, S.Nefedov, A.Kolyadin et al. Microwave Discharge in Hollow Optical Fibers as a Pump for Gas Fiber Lasers, Photonics, vol.9, p.752 (2022)
3. Буфетов И.А., Гладышев А.В., Нефедов С.М. и др. Поддержание СВЧ-разряда в полой сердцевине волоконных световодов для газовых волоконных лазеров. Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, том 509, с. 3-8 (2023)
