ТУЛИЕВЫЙ ВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕР С ПЕРЕСТРОЙКОЙ ОБЛАСТИ САМОСКАНИРОВАНИЯ В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

ВКВО-2021- ЛАЗЕРЫ

DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-130-131

ТУЛИЕВЫЙ ВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕР С ПЕРЕСТРОЙКОЙ ОБЛАСТИ САМОСКАНИРОВАНИЯ

В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ

*

Бударных А.Е. , Лобач И.А., Каблуков С.И.

Институт автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск E-mail: budarnykh@iae.nsk.su

Волоконные перестраиваемые лазеры в области 2 мкм обладают большим потенциалом для использования в сфере удалённой диагностики, анализа газовых сред, в системах LIDAR [1]. Для обеспечения генерации излучения в этом диапазоне используются тулиевые и гольмиевые волоконные лазеры. Перестройка лазерной частоты в них осуществляется при помощи дифракционных решеток, фильтров Фабри-Перо и других дорогостоящих элементов на объемной оптике [2,3]. В качестве альтернативы возможно использование тулиевого волоконного самосканирующего лазера, продемонстрированного ранее [4]. Эффект самосканирования обусловлен формированием в активной среде волоконного лазера динамических решёток показателя преломления, определяющих конкуренцию продольных мод. Таким образом, волоконные самосканирующие лазеры не требуют дополнительных элементов перестройки и являются простейшим типом перестраиваемых лазеров. Важным параметром для подобных источников является диапазон перестройки. Расширение диапазона увеличивает многообразие применений лазера и повышает эффективность его использования, например, в задаче газовой спектроскопии поглощения. Одним из способов увеличения диапазона перестройки и сохранения преимуществ самосканирующего лазера является применение волоконного спектрального фильтра Лио [5]. Мы представляем работу, посвященную исследованию управления областью перестройки тулиевого волоконного самосканирующего лазера с помощью волоконного фильтра Лио.

Рис. 2. Схема широкоперестраиваемого самосканирующего лазера с использованием фильтра Лио

Схема лазера представлена на Рис. 1. Все элементы лазера выполнены на основе PM-волокна (Polarization Maintaining), сохраняющего поляризацию излучения. Отрезок тулиевого PM волокна (PM TSF 9/125 Nufern) длиной 5 м использовался в качестве активной среды лазера. Поглощение в сердцевине составляло ~ 12 дБ м 1 на длине волны 1570 нм. В качестве лазера накачки использовался линейно-поляризованный эрбиевый волоконный лазер с генерацией излучения на длине волны 1570 нм и максимальной выходной мощностью до 1.3 Вт. Излучение заводилась в сердцевину активного волокна при помощи спектрально-селективного разветвителя WDM (Wavelength Division Multiplexer) 1550/1950. Низкодобротный резонатор лазера с одной стороны образован волоконным кольцевым зеркалом (ВКЗ) с коэффициентом отражения R1 « 100% на основе волоконного разветвителя 50/50, а другой стороны сколотым под прямым углом концом волокна с отражением Френеля R2 « 3.5%. Для селекции одного типа поляризации в лазере в схеме использовался поляризатор на основе делителя поляризации. Измерение длины волны осуществлялось при помощи Фурье-спектроанализатора Thorlabs OSA 203B через свободный порт WDM.

В перестраиваемый фильтр Лио был выполнен внутри ВКЗ с помощью отрезка PM-волокна длиной 10 см, приваренного под углом в 45о по отношению к осям поляризации ВКЗ. Ширина полосы фильтра составляла 30 нм @ -3 дБ. Фильтр Лио был помещён в термостат с возможностью управления температурой в пределах от комнатной до 100 оС. Известно, что при нагревании PM-волокна уменьшается его показатель двулучепреломления. В связи с этим, имелась возможность перестройки полосы пропускания фильтра и смещение области сканирования волоконного лазера.

130

№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru

ВКВО-2021- ЛАЗЕРЫ

30

40

50

60

70

80

90

100

2 1950 I

jjj 1925

0 ш

(О

1 1900 с

d

1875

-1. .]--1-1-1-1-1-1 J 1 1 1 t r J ■ Область сканирования

(a) 1 ■ " * ■ ■ ■ Смещение до 60 нм ■

" ■ - > ■ 1 . 1 . 1 , 1 1

;<б) • • • • 4 i.i. • Диапазон сканирования

• • t • • • • • • • • 1 . 1 . i . I , 1

20

15 i fu

tD

0 10 g

E

1

5 S

30

40

50

60

70

80

90

100

Температура фильтра Лио, °C

Рис. 3. (а) Центральная длина волны сканирования и (б) максимальный диапазон сканирования в

зависимости от температуры фильтра Лио

В результате эксперимента была получена лазерная генерация с максимальной выходной мощностью 0.25 Вт. Лазер обладал разнообразной спектральной динамикой. Аналогично работе [4] было получено три режима самосканирования: сканирование «вперед» (с периодическим увеличением длины волны во времени), «назад» (с периодическим уменьшением длины волны во времени), остановка длины волны (частота лазера не перестраивалась). Переключение между режимами осуществлялось путём изменения мощности эрбиевого лазера накачки.

При нагревании фильтра до 100оС с шагом в 10 градусов было установлено следующее. Центральная длина волны области самосканирования смещается от 1880 до 1940 нм, что отображено на Рис. 2а. Максимальный диапазон сканирования при этом варьировался от 5 до 12 нм, Рис. 2б. Таким образом, была продемонстрирована возможность смещения области перестройки самосканирующего лазера до 60 нм. Также было установлено, что критическое значение мощности накачки, при которой происходит переход между сканированием «вперед» и другими режимами, в значительной степени зависит от области сканирования. Эти и другие результаты будут более подробно представлены в докладе.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 18-12-00243, https://rscf.ru/project/18-12-00243/.

Литература

1. Scholle K. et al, IntechOpen, Frontiers in guided wave optics and optoelectronics (2010)

2. Simakov N. et al, Opt. Express 21, 28415-28422 (2013)

3. Geng J. et al, Opt. Lett. 36, 3771-3773 (2011)

4. Budarnykh A., Lobach I., Kablukov S., Laser Phys. Lett. 16, 025108 (2019)

5. Drobyshev R., Lobach I., Kablukov S., Laser Phys. 29, 105104 (2019)

№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru

131