CC BY
7ВКВ0-202 3 СТЕНДОВЫЕ
ОДНОЧАСТОТНЫЙ ВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕР НА ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОМ АКТИВНОМ ВОЛОКНЕ С ПОВЫШЕННОЙ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТЬЮ
1 2 3 3 2 3
Егорова О.Н. *, Медведков О.И. , Азанова И.С. , Вохмянина О.Л. , Вахрушев А.С. ' ,
3 2 3 3 4 2
Шевцова А.Д. , Поспелова Е.А. ' , Степанова В.Д. , Яшков М.В. , Семенов С.Л.
1 Институт Общей Физики им А.М. Прохорова РАН, г. Москва
2Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова, г. Москва 3 Пермская научно-производственная приборостроительная компания, г. Пермь 4 Институт Химии Высокочистых Веществ РАН, г. Нижний -Новгород * E-mail: egorova@nsc.gpi.ru DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-458-459
Оптические волокна и устройства на их основе обладают рядом преимуществ, таких, как нечувствительность к электромагнитным помехам, надежность, малые габариты, делающие перспективным их использование в бортовом оборудовании космических летательных аппаратов. Для создания волоконных систем бортовой связи и мониторинга параметров необходимы источники излучения, в том числе узкополосные лазерные источники. Одним из вариантов таких источников являются волоконные одночастотный лазеры [1, 2]. При создании таких устройств необходимо учитывать, что в условиях космоса присутствуют различные виды ионизирующего излучения, которые могут приводить к деградации волоконно-оптических устройств [3]. В настоящей работе нами показана возможность создания одночастотного волоконного лазера на оптическом волокне RR-AE-980 с повышенной радиационной стойкостью, активированном ионами эрбия, разработанного в ПНППК. Повышенная радиационная стойкость этих волокон достигалась за счет солегирования оптического волокна ионами церия [4, 5]. Одновременно с повышенной радиационной стойкостью волокно являлось достаточно фоточувствительным, что позволило создать резонатор непосредственно в сердцевине активного волокна. Получена устойчивая непрерывная одночастотная генерация волоконного лазера с максимальным уровнем относительных шумов интенсивности на частоте релаксационных колебаний -82 дБ/Гц.
Активное оптическое волокно было изготовлено методом MCVD. Сердцевина волокна была легирована ионами эрбия, алюминием, германием и церием. Длина волны отсечки составляла 920 нм, диаметр поля моды на длине волны 1,5 мкм составлял 5,5 мкм, числовая апертура - 0,2. Поглощение ионов эрбия в максимуме на длине волны 1530 нм составило 20 дБ/м, на длине волны 980 нм -порядка 10 дБ/м. Затухание сигнала суперлюминесцентного волоконного источника, изготовленного на основе волокна RR-AE-980, под действием гамма излучения составляло 0,004 дБ/(мкРад). Подробно методика проведения эксперимента дана в работе [6].
Легирование сердцевины волокна оксидом германия позволило создать резонатор лазера непосредственно в активном оптическом волокне. Запись волоконных брэгговских решеток осуществлялась излучением эксимерного KrF лазера (248 нм) через однородную фазовую маску с периодом Лм=1072,03 нм и длиной 50 мм после предварительного наводораживания. Резонатор лазера был сформирован двумя волоконными брэгговскими решетками длиной 20 мм и 15 мм. Решетки были разделены участком необлученного активного волокна длиной 9 мм. Спектр пропускания резонатора представлен на рисунке 1.
Исследование излучения лазера с помощью сканирующего интерферометра Фабри-Перо показало, что генерация происходит только на одной моде резонатора без перехода с одной моды резонатора на другую. Исследование сигнала лазера с помощью осциллографа показало, что режим генерации был непрерывным, переходов в импульсный режим не наблюдалось. Длина волны генерации лазера, измеренная с помощью оптического анализатора спектра, составила около 1553,6 нм (рисунок 2, вставка). Измеренный наклон эффективности генерации относительно введённой мощности накачки составил 0,19 %, порог генерации составил 22 мВт (рисунок 2). Ширина линии генерации лазера измерялась автогетеродинным методом, ширина спектра сигнала биений по уровню -20 дБ составила 130 кГц (рисунок 3), что соответствует ширине линии лазерной генерации 6,5 кГц. Максимальное значение относительного шума интенсивности приходилось на частоту 450 кГц и составляло -82 дБ/Гц (рисунок 4). На более высоких частотах относительные шумы интенсивности снижались.
ВКВ0-2023- СТЕНДОВЫЕ
Рис. 1. Спектр пропускания резонатора лазера, измеренный с разрешением 0,01 нм
Рис. 2. Зависимость выходной мощности лазера от введенной мощности накачки. Наклон - 0,19 %, порог - 22 мВт. На вставке - спектр генерации лазера
-140
2 3
Частота, МГц
Рис. 3. Радиочастотный спектр, измеренный автогетеродинным методом
Рисунок 4. Спектр относительного шума интенсивности
Полученный наклон эффективности генерации 0,19 % по порядку величины сравним с дифференциальной эффективностью для лазеров такого типа на оптических волокнах на основе кварцевого стекла [7, 8].
Создан одночастотный волоконный лазер на оптическом волокне марки RR-AE-980 с повышенной радиационной стойкостью. Радиационная стойкость активного волокна достигалась за счет солегирования сердцевины ионами церия. Волокно было активировано ионами эрбия, поглощение ионов эрбия в сердцевине составляло 20 дБ/м на длине волны 1530 нм. Благодаря наличию оксида германия в сердцевине волокно также являлось фоточувствительным, что позволило произвести запись резонатора, состоящего из брэгговских решеток, непосредственно в сердцевине активного волокна. В изготовленном лазере получена непрерывная одночастотная генерация с шириной полосы 6,5 кГц. Измеренное на частоте релаксационных колебаний максимальное значение относительных шумов интенсивности составило -82 дБ/Гц.
Авторы благодарят компанию ООО "Инновационное предприятие "НЦВО-Фотоника" за предоставление возможности записи волоконных брэгговских решеток.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки (грант № 075-15-2022-315 на создание и развитие научного центра мирового уровня «Центр фотоники»).
Литература
1. Fu S., et al, J. Opt. Soc. Am. B. 34, A49-A62 (2017)
2. Zhongmin Y., et al, Springer Singapore, p. 170 (2019)
3. Sylvain G.,et al, Journal of Optics 20, 093001 (48pp) (2018)
4. Cadier B., et al, US Patent 20130101261A1
5. Girard S., et al, Opt. Express 20, 8457-65 (2012)
6. Азанова И., и др., Вестник Пермского университета. Физика 1, 05-20 (2023)
7. G.A.Ball and W.H.Glenn, Journal of Lightwave Technology 10, 1338-1343 (1992)
8. G.A.Ball, et al, IEEE Photonics Technology Letters 5, 649-651 (1993)
