Исследование однопроходного и двухпроходного усиления ультракоротких импульсов в композитном Er/Yb активном волокне Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

SSjmSS 18-20 октября 2022 г

Исследование однопроходного и двухпроходного усиления ультракоротких импульсов в композитном Er/Yb активном волокне

Зверев А.Д., Камынин В.А.

Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук», Москва.

Е-mail: izverevad@gmail. com

DOI: 10.24412/cl-35673-2022-1-11-13

Волоконные оптические усилители, работающие в полуторамикронном диапазоне длин волн, применяются в различных областях науки и техники. Их используют в оптических линиях связи для увеличения дальности передачи сигнала [1, 2]. Также с их помощью решается проблема низкой средней и пиковой мощности излучения волоконных лазерных источников ультракоротких импульсов (УКИ) [3]. Стандартные эрбиевые волокна с кварцевой сердцевиной обладают коэффициентом усиления слабого сигнала ~0.01-0.03 дБ/см. Для увеличения коэффициента усиления необходимо повышение концентрации активных ионов редкоземельных элементов в сердцевине волокна. Более подходящими для легирования эрбием или системой Er/Yb являются фосфатные стекла. На их основе создаются волокна с концентрацией активных ионов ~2*1020 см3 и коэффициентом усиления ~5 дБ/см [4]. Минусами этих волокон являются их быстрая деградация на воздухе и большие потери в местах соединения со стандартными оптическими компонентами. В последние годы стали создаваться специальные композитные волокна с фосфатной сердцевиной и кварцевой оболочкой, которые обладают высоким коэффициентом усиления, легко соединяются в лазерных системах со стандартными оптическими компонентами и не деградируют на воздухе. В нашей работе проводилось сравнение усиления УКИ в специальном композитном волокне, сильнолегированном системой Er/Yb при однопроходной (ОС) и двухпроходной (ДС) схемах усиления, которые изображены на рис. 1 (А) и (Б).

ЛАЗЕРНАЯ ФИЗИКА И ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА

Рис. 1. Однопроходная (А) и двухпроходная (Б) схемы усиления в композитном Er/Yb волокне. LD - лазерный диод; ISO -оптический изолятор.

В композитном волокне усиливалось излучение от задающего генератора (ЗГ). ЗГ генерировал УКИ на центральной длине волны излучения 1553 нм со средней выходной мощностью 0.8 мВт. При этом ширина спектра составляла 8 нм, а частота следования импульсов 92 МГц. В дальнейшем излучение от ЗГ проходило через циркулятор, в котором потери при распространении из одного канала в другой составляли 1.5 дБ. Затем сигнал усиливался в композитном Er/Yb волокне длиной 30 см, которое накачивалось через мультиплексор лазерным диодом на длине волны излучения 980 нм, и в случае ОС усиления (Рис. 1 (А)) выводился через оптический изолятор. В случае ДС усиления (Рис. 1(Б)) после активного волокна была установлена ферула с фольгой для отражения сигнала (потери составляли 10 %). За счет этого, сигнал дважды распространялся по усиливающему волокну, и его характеристики исследовались на выходе 3 из циркулятора. Зависимости мощности усиленного сигнала и спектра на выходе от мощности накачки при ОС усилении изображены на Рис. 2 (А) и (В), соответственно. Аналогичные зависимости для ДС усиления показаны на Рис. 2 (Б) и (Г).

При максимальной мощности накачки усиление УКИ в ОС составило 7.3 дБ. С учётом потерь на циркуляторе и отражении при той же мощности накачки, усиление в ДС составило 7.9 дБ (учитывалось усиление только части спектра, относящейся к импульсному сигналу). Таким образом, при использовании 30 см

ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ

-------------1Е НЕДЕЛИ»

18-20 октября 2022 г.

композитного Ег/ТО волокна, наиболее эффективным с точки зрения усиления УКИ является использование ДС.

0^— 300

400 500 600

Мощность накачки, мВт

Г) 0

400 500 600

Мощность накачки, мВт

Мощности накачки, мВт

1530 1540 1550 1560 1570 1530 1540 1550 1560 1570

Длина волны, нм Длина волны, нм

Рис. 2. Зависимости мощности сигнала и спектры на выходе для однопроходного (А), (В) и двухпроходного усиления (Б), (Г) соответственно.

Активные волокна были изготовлены в рамках научного проекта РФФИ № 20-02-00425.

Работа выполнена на базе Научного центра мирового уровня «Фотоника» при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (№ 075-15-2020-912).

2

г 1

0

-10

-10

-20

-30

1. Payne D.N. Fiber Integr. Opt. 1992, 11(3), 191-219.

2. Naji A.W., Hamida B.A., et al. International Journal of Physical Sciences. 2011, 6(20), 4674-4689.

3. Cao W.H., Wai P.K.A. Opt. Lett. 2003, 28(4), 284-286.

4. Boetti N.G., Pugliese D., et al. Applied Sciences. 2017, 7(12), 1295.