ОДНОЧАСТОТНЫЙ ВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕР НА ОСНОВЕ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ВОЛОКОННОГО СВЕТОВОДА С ФОСФОРОСИЛИКАТНОЙ СЕРДЦЕВИНОЙ, ЛЕГИРОВАННОЙ ER И YB

Базакуца А.П.; Рыбалтовский А.А.; Белкин М.Е.; Липатов Д.С.; Лобанов А.С.; Абрамов А.Н.; Бутов О.В.

1* 12 3 3

Базакуца А.П. , Рыбалтовский А.А. , Белкин М.Е. , Липатов Д.С. , Лобанов А.С. '

Абрамов А.Н. 3, Бутов О.В. 1

1ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, г. Москва 2МИРЭА - Российский технологический университет, г. Москва 3 Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых РАН, г. Нижний Новгород * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-217-218

В последние годы большое внимание уделяется разработке непрерывных одночастотных волоконных лазеров телекоммуникационного С-диапазона. Благодаря хорошему соотношению сигнал-шум и малой ширине линии такие лазеры весьма привлекательны для использования в области когерентной оптической связи, оптической метрологии и интерферометрических измерений высокого разрешения [1]. Резонатор одночастотного волоконного лазера, как правило, образуется волоконной брэгговской решёткой показателя преломления (ВБР) с пи-сдвигом в структуре, записанной в сердцевине активного волокна - структура типа Distributed Feedback (DFB-лазер), либо двумя обычными ВБР по краям короткого отрезка активного волокна, образующими резонатор типа Фабри-Перо. При использовании стандартного резонатора Фабри-Перо ВБР также стараются записывать в активном волокне для минимизации потери внутри резонатора. Для записи ВБР в сердцевине световодов обычно используется лазерное УФ-излучение с длиной волны 248 либо 193 нм. При таком подходе специальное волокно, являющееся активной средой резонатора, должно быть солегировано активными примесями и при этом обладать достаточно высокой фоточувствительностью. Это свойство может быть достигнуто либо за счёт насыщения волокна молекулярным водородом, либо за счёт внесения в его сердцевину примесей, повышающих фоточувствительность на этапе изготовления. Насыщение волокна водородом помимо повышения фоточувствительности может негативно влиять на усилительные свойства активного волокна, что в случае изготовления короткого резонатора лазера оказывается критически недопустимым [2].

900 950 1 ООО 1450 1500 1550 1600

Длина волны,нм

Длина волны, нм

Рис. 1. Спектр поглощения Рис. 2 Спектр усиления малого

В нашей работе при разработке одночастотного волоконного лазера было использовано специально изготовленное фоточувствительное оптическое волокно, легированное активными примесями - эрбием и иттербием, а также фосфором и германием для повышения фоточувствительности [3]. На рис. 1 и 2 представлены спектры поглощения и усиления малого сигнала данного волокна.

Одночастотный волоконный лазер был изготовлен по классической схеме Фабри-Перо с ВБР, записанными непосредственно в сердцевине активного волокна. Для записи использовалось излучение эксимерного лазера с длиной волны 193 нм. Коэффициенты отражения от глухой и выходной решёток составили 99,9% и 96% соответственно. Длина каждой ВБР составила 10 мм, расстояние межу ними также 10 мм. Длина волны генерации лазера - 1540,2 нм при накачке на длине волны 974 нм. В соответствии с теоретической моделью, описанной в [4], резонатор волоконного лазера Фабри-Перо с такими параметрами ВБР и расстоянием между решетками обеспечивает устойчивую селекцию одной продольной моды, рис. 3.

Длина волны, ни Частота, МГц

Рис. 3. Спектр излучения лазера Рис. 4 Радиочастотный спектр

излучения лазера

Экспериментально измеренное расстояние между соседними продольными модами составило

0.06.нм, что согласуется с расчетной эффективной длиной резонатора (13,5 мм). Дифференциальная эффективность лазера составила 17 %, максимальная выходная мощность 45 мВт была достигнута при мощности накачки 310 мВт. Линия генерации лазера была исследована с помощью гомодинной схемы измерения. Ширина полосы оценивалась как половина ширины на полувысоте линии радиочастотного спектра и составила 44 кГц (рис. 4).

Ключевой особенностью разработанного лазера является устойчивое излучение в непрерывном режиме при любой мощности излучения накачки начиная с пороговой. Причём генерация наблюдается при комнатной температуре без дополнительного охлаждения.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-19-00511.

Литература

1. Bai, Zhenxu, et al, Microwave and Optical Technology Letters, 64, 2244-2255 (2022)

2. A.P. Bazakutsa, A.A. Rybaltovsky, and O. V. Butov, JOSA B, 36, 2579-2586 (2019)

3. A.P. Bazakutsa, et al, Optical Materials, 138, 113669-113675 (2023)

4. Y.O. Barmenkov, et al, Optics Express, 14, 6394 (2006)

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Базакуца А. П., Рыбалтовский А. А., Белкин М. Е., Липатов Д. С., Лобанов А. С.