CC BY
0I ssssrass 22-24 октября 2024 г.
А -ПРОКОРОВСКИЕ НЕДЕЛИ-
Исследование способов объёмной намотки резонатора кольцевого волоконного лазера ультракоротких импульсов на основе эффекта нелинейного вращения поляризации
Семиренченков А.А., Худяков Д.В.
Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Центр физического приборостроения, Троицк
E-mail: semirenchenkov@pic.troitsk.ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-45-47
За счет нелинейных (нерезонансных) эффектов волоконные оптические системы предоставляют возможности, благодаря которым само оптическое волокно может быть использовано в качестве модулятора интенсивности для генерации ультракоротких импульсов (УКИ) в волоконных лазерах. Однако при использовании нерезонансных модуляторов интенсивности, основанных на нелинейных эффектах в оптических волокнах, возникает проблема стабилизации импульсной генерации, а также оптимальной конфигурации лазерного резонатора, при которой поляризационная нестабильность генерации и её зависимость от внешних условий будут минимальными.
Одним из нерезонансных методов модуляции интенсивности лазерного излучения для пассивной синхронизации мод в волоконных лазерах УКИ является метод, основанный на эффекте нелинейного вращения поляризации (НВП). С появлением в 1992 году первых сообщений об использовании эффекта НВП для генерации УКИ в кольцевом волоконном лазере [1] исследовали различные схемы и режимы работы лазеров УКИ на основе эффекта НВП.
Несмотря на очевидные преимущества, волоконные лазеры УКИ на основе эффекта НВП обладают значительной нестабильностью импульсной генерации и зависимостью параметров выходного излучения от внешних условий. Эффекты случайных колебаний температуры и напряжений в оптическом волокне приводят к локальным изменениям показателя преломления и, соответственно, к изменению состояния поляризации циркулирующего излучения. Изменение состояния поляризации
_ A SSSBESBXS ЛАЗЕРНАЯ ФИЗИКА И ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА
-ПРОКОГОвСКИЕ НЕДЕЛИ-
приводит к нестабильности выходных характеристик импульсного излучения.
Чтобы решить данную проблему, в исследовании [2] был продемонстрирован полностью волоконный иттербиевый лазер УКИ с синхронизацией мод на основе эффекта НВП, реализованный на основе оптического волокна с сохранением поляризации (PM), который генерировал лазерные импульсы с частотой 20,54 МГц, длительностью около 150 фс и энергией 0,85 нДж. Также есть сообщение об иттербиевом волоконном лазере УКИ на основе эффекта НВП, в конфигурации которого использовали сваренные под некоторым углом участки PM-волокон [3]. Используя оптимальный угол сварки, полученный теоретическим расчетом, авторы экспериментально получили стабильный импульсный режим в волоконном лазере с частотой следования импульсов 111 МГц и энергией импульса 0,47 нДж. Следует отметить, что проблема стабильной импульсной генерации в лазерах УКИ на основе эффекта НВП остается до конца не решённой, а примеры их использования до сих пор были ограничены только лабораторными применениями.
Ранее была предложена схема объёмной намотки кольцевого волоконного резонатора для компенсации индуцированных изменений показателя преломления на изгибах волокна для уменьшения поляризационной нестабильности в волоконном лазере на эффекте НВП (патент RU2540484C1), что позволило значительно уменьшить зависимость выходных характеристик излучения от внешних условий. В рамках данной работы осуществлён поиск наиболее оптимальных параметров объёмной намотки иттербиевого кольцевого волоконного резонатора для стабильной импульсной генерации без необходимости дополнительной регулировки элементов волоконной схемы в процессе эксплуатации и исследование зависимости стабильности и характеристик импульсной генерации в резонаторе от параметров его намотки.
Намотку кольцевого волоконного резонатора производили на две взаимно перпендикулярно расположенные катушки. В эксперименте использовали парные катушки диаметрами 7,5 и 3,5 см. Также изменяли расстояние между катушками. Таким образом, диаметр катушек и расстояние между ними являлись геометрическими параметрами объёмного кольцевого волоконного резонатора. В результате проведенных испытаний удалось добиться
ШКОЛА-ИОНОСРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
22-24 октября 2024 г.
стабильной импульсной лазерной генерации в температурном диапазоне ±4 °С. По мере уменьшения диаметра катушек стабильность импульсного режима работы резонатора ухудшалась. В случае катушек с диаметром 3,5 см не удалось добиться стабильного импульсного режима работы, и проявлялся стохастический режим.
Полученный импульсный кольцевой волоконный лазер с объёмной намоткой резонатора генерировал лазерные импульсы с частотой следования 18 МГц, средней мощностью излучения около 20 мВт и длительностью 12-15 пс. Ниже представлена автокорреляционная функция лазерного импульса (рис. 1). Длительность лазерных импульсов практически не зависела от геометрии резонатора, но проявлялась незначительная зависимость от регулировки элементов волоконной схемы (контроллеров поляризации).
Рис. 1. Автокорреляционная функция импульса кольцевого волоконного лазера с объемной намоткой резонатора.
1. Chen C.-J., Wai P.K.A., Menyuk C.R., Opt. Lett. 1992, 17(6), 417419.
2. Szczepanek J., Kardas T.M., Radzewicz C., et al. Opt. Lett. 2017. 42(3), 575-578.
3. Zhang W., Liu Y., Wang C., et al., Opt. Express. 2018, 26(7), 79347941.
