CC BY
0I ssssrass 22-24 октября 2024 г.
А -ПРОКОРОВСКИЕ НЕДЕЛИ-
Подавление усиленного спонтанного излучения на 1030 нм в иттербиевом усилителе, излучающем на длине волны 976 нм
Давыдов Д.А., Алешкина С.С., Вельмискин В.В., Алышев С.В.
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Научно-исследовательский центр волоконной оптики имени Е.М. Дианова, Москва
Е-mail: ■walpursis-nacht@mail.ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-17-19
На сегодняшний день волоконные Yb-лазеры, работающие в спектральной области 976 нм, представляют большой интерес в качестве потенциально мощных одномодовых источников накачки для лазеров на основе активных элементов, легированных ионами Бг и Yb. Более широкий спектр применения открывается при удвоении (488-490 нм, замена Ar-лазерам) и учетверении (244-245 нм, замена эксимерным лазерам) частоты излучения таких лазеров. Однако достижение эффективной генерации на длине волны 976 нм в иттербиевом волокне является нетривиальной задачей из-за необходимости подавления усиленного спонтанного излучения (УСИ) вблизи 1030 нм. В связи с этим ранее была предложена простая конструкция волокна, основанная на добавлении поглощающих стержней в оболочку. Параметры стержней были подобраны специально для достижения резонансного взаимодействия между модами сердцевины и модами стержней, поглощающих на нежелательной длине волны [1, 2]. Теоретический и экспериментальный анализ показал, что положение «стоп-полосы» (положение резкого перехода от области низких потерь к области высоких потерь) в таких волокнах можно довольно точно контролировать путем изгиба волокна.
Исходя из этого, данная работа посвящена исследованию новой реализованной конструкции активного волокна, легированного ионами иттербия, созданной с целью повышения эффективности излучения в области 976 нм путем спектральной фильтрации УСИ в области 1030 нм за счет соответствующего изгиба волокна.
В рамках настоящего исследования наблюдали значительное увеличение выходной мощности в изготовленном волокне за счет эффективного подавления УСИ вблизи 1030 нм путем смещения стоп-полосы в область 1000-1100 нм благодаря соответствующему
ШКОЛА-ИОНОСРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
ЛАЗЕРНАЯ ФИЗИКА И ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА
изгибу волокна (см. рис. 1). В частности, практически всё излучение выше 1000 нм было подавлено (оптические потери на длине волны 1030 нм превысили 10 дБ/м) при диаметре изгиба менее 86,5 мм, хотя и с небольшим увеличением потерь (~0,2 дБ/м) на длине волны сигнала (см. рис. 1, вставка).
Рис. 1. Зависимость мощности усиленного сигнала на выходе из специального УЪ-волокна длиной 20 м от диаметра изгиба волокна (13/92^92 мкм); вставка — потери по сердцевине волокна (13/92*92 мкм), намотанного на катушки разного диаметра.
Таким образом, специально разработанное волокно позволило увеличить оптимальную длину до 15 метров, что привело к максимальному усилению сигнала, по сравнению с 12,5 метрами для активного волокна без подавления УСИ. В целом, использование изогнутого волокна длиной 15 м и намотка на катушку диаметром 8 см позволяют увеличить выходную мощность примерно на 10-30 % во всём диапазоне тестируемых мощностей накачки. В то же время увеличение выходного сигнала невелико из-за небольшой разницы в длине. Результирующая эффективность преобразования мощности (ЭПМ) по-прежнему низка и составила приблизительно 10 %, что
ШКОЛА-ИОНКРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
22-24 октября 2024 г.
является примерно идентичным результатом в случае измерения волокна без подавления УСИ.
Были выявлены два основных фактора, сильно ограничивающие максимально достижимую ЭПМ: избыточные потери на длине волны сигнала из-за сдвига края стоп-полосы в область <1 мкм и избыточные потери на длине волны накачки из-за дополнительного поглощения, ассоциированного с ионами легирующей добавки стержней Sm3+.
Авторы выражают благодарность научному руководителю Лихачеву М.Е., Исхаковой Л.Д., Бубнову М.М. и сотрудникам Института химии высокочистых веществ имени Г.Г. Девятых Российской академии наук (Яшкову М.В., Умникову А. А. и Липатову Д.С.) за постановку научной задачи, вытяжку специального волокна, помощь в измерениях и обсуждение результатов.
1. Aleshkina S., Kashaykina T., Yashkov M., et al. Opt. Lett. 2021, 46, 1458-1461.
2. Aleshkina S., Yashkov M.; Salganskii M., et al. Journal of Lightwave Technology. 2022, 40, 4848-4854
