Исследование модовой динамики в волоконном лазере с коротким резонатором Текст научной статьи по специальности «Физика»

я a ^ggg 22-24 °ктябРя 2024 г-

Исследование модовой динамики в волоконном лазере с коротким резонатором

Камынин В.А., Трикшев А.И., Ширманкин Антон В.

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва Е-mail: shirmankin 123@gmail.com

DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-63-65

Узкополосные волоконные лазеры, работающие в режиме генерации нескольких ортогонально-поляризованных мод, представляют интерес в качестве прецизионных линейных датчиков температуры и деформаций [1, 2]. Частота биений поляризационных мод находится в радиочастотном (РЧ) диапазоне, что даёт преимущества в виде простоты процедуры опроса, высокого соотношения сигнал/шум, абсолютного кодирования и возможности мультиплексирования нескольких датчиков.

В данной работе предметом исследования являлся волоконный лазер с коротким резонатором Фабри-Перо. Активное волокно представляло собой композитный иттербиевый световод стандартного диаметра (125 мкм) с высоким содержанием (2,5 вес. %) ионов Yb3+ в сердцевине [3]. Резонатор был сформирован на отрезке световода длиной ~2 см двумя брэгговскими решётками с максимумом отражения на длине волны ~1069 нм. Для накачки использовали одномодовый лазерный диод с длиной волны 976 нм. Сам лазер при этом работал в непрерывном режиме.

На рис. 1 показана зависимость спектральной плотности мощности от длины волны и мощности накачки. При изменении мощности накачки наблюдали спектральные сдвиги и переключение с двухмодового режима генерации на трёхмодовый.

Для анализа высокочастотных (ВЧ) биений использовали анализатор сигналов Keysight n9020b. Серия ВЧ спектров представлена на рис. 2.

ШКОЛА-ИОНОСРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ

ЛАЗЕРНАЯ ФИЗИКА И ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА

Рис. 1. «Тепловая» карта спектральной плотности мощности при различной мощности накачки.

Рис. 2. ВЧ спектры излучения лазера при различной мощности накачки и разных положениях контролера поляризации и постоянной температуре резонатора 18 °С: а) положение 1; б) положение 2.

Как видно из рис. 2, при увеличении мощности накачки наблюдается смещение ВЧ-спектра в область низких частот. При мощности накачки от 56 до 128 мВт ВЧ-биения наблюдаются в районе 11,6, 13,4 и 25 ГГц. Отсутствие ВЧ-биений в районе 11,6 и 25 ГГц при мощностях накачки от 139 до 160 мВт связано с переключением режима генерации с трёхмодового в двухмодовый. При дальнейшем увеличении мощности накачки возникают биения в районе 15 ГГц, что связано с переключением режима генерации с двухмодового режима в трёхмодовый. Можно предположить, что на частоте в 28 ГГц также должны наблюдаться биения, однако данная частота выходит за диапазон измерения ВЧ-анализатора.

ш А 5ЕЕЕЕ* 22-24 0КтабРЯ 2024 г-

В данной работе был исследован волоконный лазер, работающий как в двух-, так и трёхмодовом режимах, которые переключались в зависимости от мощности накачки. При его работе наблюдали ВЧ-биения на частотах 11, 13, 15 и 25 ГГц, и их дрейф в зависимости от мощности накачки. При подборе положения контролера поляризации удавалось погасить поляризационные биения. Рассчитанная по основным частотам биений эффективная длина резонатора составила около 7,5 мм. Дрейф частоты биений, а также модовые перескоки могут быть обусловлены температурным расширением волокна и, как следствие, изменением эффективной длины резонатора.

Авторы выражают благодарность д.ф.-м.н. Цветкову В.Б. за помощь в исследованиях и обсуждение результатов.

1. Li-Yang Shao et al. Photonics Technology Letters, IEEE, 2007, 19, 1598-1600.

2. Y.-N. Tan et al. Opt. Express, 2011, 19(21), 20650-20656.

3. M.Yu. Koptev et al. Photonics. 2022, 9, 760.