CC BY
14ВКВО-2021- ЛАЗЕРЫ DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-157-158
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА МОДОВОЙ ДЕКОМПОЗИЦИИ К ИЗЛУЧЕНИЮ ВКР-ЛАЗЕРА НА ОСНОВЕ ГРАДИЕНТНОГО СВЕТОВОДА С ПРЯМОЙ ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ
Харенко Д.С.1'2'*, Гервазиев М.Д.1'2, Волоси В.М.1'2, Кузнецов А.Г.1, Подивилов Е.В.1'2,
Вабниц С.2'3, Бабин С.А.1'2
'Институт автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск 2Новосибирский государственный университет, г. Новосибирск 3DIET, Sapienza University of Rome, Italy E-mail: [email protected]
Многомодовые волокна долгое время оставались невостребованными из-за плохого качества пучка, которое обратно пропорционально количеству возбуждённых мод. Однако интенсивное исследование нелинейных эффектов при распространении мощного лазерного излучения во многомодовых волокнах с градиентным профилем показателя преломления привело к открытию ряда неожиданных явлений, таких как керровская [1] и рамановская [2] чистка пучка, генерация суперконтинуума с импульсами высокой пиковой мощности и пр.
Так недавно было показано, что ВКР-лазер с прямой диодной накачкой на основе волокна с градиентным профилем показателя преломления (GRIN) демонстрирует эффективное преобразование многомодового (параметр M2 около 30) пучка непрерывной накачки в высококачественный стоксов пучок со значительным увеличением яркости. Однако, несмотря на почти гауссову форму генерируемого стоксова пучка, его параметр качества M2 составляет около 2, что указывает на значительный вклад мод высокого порядка. Кроме того, анализ остаточного профиля пучка накачки показывает наличие сложной динамики продольных мод волокна. Для детального анализа выходной мощности лазера мы применяем методы модовой декомпозиции на основе цифровой голографии, разработанные ранее для анализа керровской самочистки субнаносекундных многомодовых пучков в GRIN-волокнах [3,4].
Рисунок 6. а) Схема установки для проведения модовой декомпозиции излучения, б) пример распределения энергии по модам волокна в спекл-пучке, усреднённое по главным квантовым числам в) измеренное и восстановленное распределение интенсивности для
каждой из поляризаций
Модовая декомпозиция - это метод анализа излучения, заключающийся в измерении амплитуд и относительных фаз мод, входящих в состав пучка. Такой метод позволяет анализировать выходное распределение интенсивности в виде спекла с точки зрения распределения амплитуды и фазы большого количества возбужденных мод. Принципиальная схема установки приведена на рисунке 1а.
№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» [email protected]
157
ВКВО-2021- ЛАЗЕРЫ
Используя свойство ортонормированности волоконных мод, разложение Якоби-Ангера и теоремы о преобразовании Фурье, фазовые маски на пространственном модуляторе света формируются таким образом, чтобы центр первого порядка дифракции содержал информацию об амплитуде моды или её относительной фазе. Пример распределения энергии по модам в двух поляризациях представлен на рисунке 1б, при этом измеренное и восстановленное распределение интенсивности в ближней зоне приведено на рисунке 1в. Здесь видно, что достаточно сложное распределение интенсивности хорошо воспроизводится в каждой из поляризаций несмотря на то, что большая часть энергии находится в модах высокого порядка.
На примере модовой динамики при керровской самочистки для данного метода были опробованы различные технические решения по поиску наиболее корректной точки для измерений и оценены влияния погрешностей различных параметров [3]. В данной работы мы исследуем возможность его применения для измерения модового состава гладких (не пятнистых) пучков накачки и стоксова излучения в квазинепрерывном волоконном ВКР-лазере. Таким образом, появляется возможность исследовать нелинейную связь мод на новом уровне с количественным анализом содержания поперечных мод, который намного информативнее интегрального параметра M2. На конференции мы представим описание модифицированной методики разложения мод и результаты экспериментов для градиентного волоконного рамановского лазера с прямой диодной накачкой. Вместе с частичным вкладом возбужденных поперечных мод в результирующий лазерный луч ожидается выявить фазовые отношения между ними, которые помогут разработать всеобъемлющую модель, рассматривающую внутрирезонаторную динамику отдельных мод в продольном и поперечном направлениях и их взаимодействие.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ (21-42-00019) и гранта Минобрнауки РФ (14.Y26.31.0017). Работа Г.М. также поддержана грантом РФФИ (20-32-90132).
Литература
1. K.Krupa, A.Tonello et al. Nat. Photonics 11, 237-241 (2017)
2. E.A. Zlobina et al, Opt. Express 25, 12581 (2017)
3. M.D. Gervaziev et al., Laser Phys. Lett., 18, 015101 (2020)
4. D.S. Kharenko et al, in Real-time Measurements, Rogue Phenomena, and Single-Shot Applications VI, 1167105 (2021)
158 №6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» [email protected]
