Научная статья на тему 'Новые методы управления свойствами генерации импульсных волоконных лазеров'

Новые методы управления свойствами генерации импульсных волоконных лазеров Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
82
26
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Иваненко А. В., Нюшков Б. Н., Смирнов С. В., Кохановский А. Ю., Кобцев С. М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Новые методы управления свойствами генерации импульсных волоконных лазеров»

НОВЫЕ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ СВОЙСТВАМИ ГЕНЕРАЦИИ ИМПУЛЬСНЫХ ВОЛОКОННЫХ ЛАЗЕРОВ

Иваненко А.В.1, Нюшков Б.Н.1'2, Смирнов С.В.1, Кохановский А.Ю.1, Кобцев С.М. , Серебренников К.В. , Луценко Д.Б. , Гладуш Ю.Г. , Мкртчян А.А.

1 Новосибирский государственный университет, г. Новосибирск 2Новосибирский государственный технический университет, г. Новосибирск 3 Сколковский институт науки и технологий, г. Москва * E-mail: ivanenko.alekseY@gmail.com

DOI 10.24411/2308-6920-2019-16115

Волоконные лазеры имеют целый ряд важных достоинств, включая высокий к.п.д., нетребовательность к настройке и юстировке, относительно низкую чувствительность к параметрам окружающей среды, высокое качество выходного пучка и т.п. Вместе с тем, большинство распространённых схем волоконных лазеров обладают ограниченными возможностями по управлению параметрами генерируемого импульсного излучения в рамках одной конфигурации резонатора. Исследования по разработке новых или усовершенствованию существующих конфигураций резонаторов лазеров и насыщающихся поглотителей (НП) для расширения параметров импульсной генерации остаются актуальными и на сегодняшний день [1-4]. Разработка таких волоконных лазеров, генерирующих оптические импульсы c заданными параметрами (длиной волны и шириной спектра, длительностью, чирпом, энергией и т.д.) и позволяющих управлять формой и структурой этих импульсов (генерация одиночных импульсов произвольной формы или

импульсных кластеров с разной степенью внутреннего заполнения суб-импульсами) открывает новые перспективы в решении широкого круга задач для научных и практических приложений.

Данная работа посвящена исследованию схем резонаторов с управляемыми импульсными режимами генерации. В работе рассматриваются две схемы реализации управляемых поглотителей и схема с переключением усиления: 1) НП на основе нелинейного петлевого зеркала (НПЗ, рис. 1) с управлением за счёт контроля разности фаз двумя усилителями в петле, 2) НП на основе безматричных углеродных нанотрубок с управлением за счёт прикладываемого светового и электрического полей и 3) модуляция усиления в гибридном волоконно-полупроводниковом лазере на основе полупроводникового усилителя в качестве активной среды.

А_ fi if"

ЛАА

Pump, W

Рис. 1. а) НП на основе НПЗ с двумя усилителями: а - коэффициент деления ответлителя, 11,2,3,4,5 -длины активных и пассивных участков лазера, g1,2 - коэффициенты усиления активного Yb волокна и б) коэффициент пропускания НПЗ и изменение автокорреляционной функции импульсов на выходе НПЗ при разных мощностях накачки усилителя НПЗ (на вставках в рисунок)

В волоконном лазере с нелинейным петлевым зеркалом за счёт управления усилением двух активных волокно в нелинейной петле возможна реализация трёх различных импульсных режимов, отличающихся по ширине оптического спектра, форме и длительности импульсов. Использование двух накачек в лазере также обеспечивает высокую среднюю мощность выходного импульсного излучения (более 0.5 Вт) при сохранении малой длительности импульсов (длительность АКФ порядка 30 пс).

В схеме лазера с НП на основе углеродных безматричных нанотрубок (УБН), нанесённых на сполированную плоскость волокна (D-shape волокно) и управляемых за счет просветления под воздействием оптического излучения и прикладываемого электрического полей (рис. 2), осуществлялась генерация в одном из трёх существенно разных режимов генерации: синхронизация

230

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

мод, гармоническая синхронизация мод и непрерывная генерация. Для переключения между режимами использовалось электронное управление НП. Вышеуказанные схемы лазеров позволяют получать импульсы в пс диапазоне. Однако не позволяют напрямую управлять формой импульсов.

-е-

a)

IL

PM-SPF

б)

U gate

1 1.5

Peak power (kW)

Рис. 2. (а) Образец УБН (SWCNT) с электродами и (б) коэффициент пропускания образца в зависимости от пиковой мощности излучения генерации при разных мощностях управляющего излучения (0 мВт, 60мВт и 93 мВт): кривые 1-3 - без управляющего напряжения, кривые 4-6 - при подаче напряжения 1В

В случае использования полупроводникового усилителя (рис. 3) с волоконными входом и выходом в качестве активной среды и в качестве модулятора для получения импульсной генерации продемонстрирована возможность программно-управляемой генерации сложно-произвольных оптических волновых форм в гибридном волоконно-полупроводниковом лазере с синхронной накачкой. В режиме синхронизации мод временной профиль генерируемых импульсов может повторять временной профиль электрических импульсов накачки SOA (рис. 4). Управление временным профилем электрических импульсов накачки позволяет формировать стабильный импульсный паттерн с заданным профилем интенсивности, воспроизводимый на каждом обходе резонатора.

Arbitary Waveform Generator

Т

СоггтЫпег

¡л

Р^Ки? родгп ] и у I

Рис. 3. Схема волоконно -полупроводникового лазера : БОА -полупроводниковый оптический усилитель, МБГ -волокно с нормальной дисперсией, №ББГ- волокно с ненулевым смещением дисперсии, СШ - волоконный циркулятор, ¥ЕС - волоконная Брэгговская решётка, АШС - генератор сигналов произвольной формы

1,6

1,4

—> ш 1,2

а>~ 1

3 0,8

£ 0,6

< 0,4

0,2

0

U, у

и ;У

10 20

30 40 50 Time, us

70

Рис. 4. Осциллограммы Зх-элементных импульсных паттернов: вверху (зелёный цвет) - электрические импульсы накачки, внизу (красный цвет) - генерируемые лазерные импульсы

Все указанные подходы по созданию волоконных импульсных источников оптического излучения с управляемыми параметрами импульсной генерации открывают перспективы создания нового поколения источников лазерного излучения с задаваемыми и управляемыми режимами импульсной генерации и параметрами форм импульсов без изменения конфигурации лазерного резонатора.

Работа выполнена при частичной поддержке гранта РФФИ № 18-32-20021 и грантов МОН 3.5572.2017/БЧ и 3.889.2017/ПЧ.

Литература

1. S. Kivistö, R. Herda, and O. G. Okhotnikov, "Electronically Tunable Yb-Doped Mode-Locked Fiber Laser, " 20, 2007-2009 (2008)

2.. S. L. Brunton, X. Fu, and J. N Kutz, "Self-Tuning Fiber Lasers," 20, (2014)

3. B. N. Nyushkov, S. M. Kobtsev, A. K. Komarov, K -

J. Opt. Soc. Am. B 35, 2582-2587(2018)

4. Y. S. Fedotov, A. V. Ivanenko, S. M. Kobtsev, and S. V. Smirnov, "High average power mode-locked figure-eight Yb fibre master oscillator," Opt. Express 22, 31379 (2014)

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

231

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.