УСИЛЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ВОЛОКОННОГО СУПЕРКОНТИНУУМА В ЭРБИЕВОМ ZBLAN СВЕТОВОДЕ Текст научной статьи по специальности «Физика»

DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-90-91

УСИЛЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ВОЛОКОННОГО СУПЕРКОНТИНУУМА В ЭРБИЕВОМ ZBLAN СВЕТОВОДЕ

МуравьевС.В.1*, Коптев М.Ю.1, Ширяев В.С2, Ким А.В.1

'Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород 2Институт химии высокочистых веществ РАН, г. Нижний Новгород E-mail: sergey-muravyev@yandex. ru

Волоконные лазеры, излучающие в среднем инфракрасном (ИК) диапазоне длин волн в области спектра около 3 мкм в последние несколько лет привлекли значительное внимание вследствие их возможных применений в спектроскопии [1], абляции биологических тканей [2] и оптическом противодействии [3]. За последнее десятилетие было показано, что лазеры и усилители на фторцирконатных световодах, легированных эрбием (ErZBLAN), являются перспективными источниками излучения в диапазоне длин волн 2.7-2,8 мкм. Тем не менее, усилительные свойства таких волокон все еще недостаточно хорошо изучены. Настоящая работа посвящена экспериментальному исследованию усилительных свойств ErZBLAN волокна.

В представленной работе мы использовали активный эрбиевый световод ErZBLAN для усиления излучения волоконного суперконтинуума в диапазоне длин волн 2,7-2,8 мкм. В волоконном усилителе использовалось активное эрбиевое волокно фирмы Le Verre Fluoré, Франция. Сердцевина волокна имела диаметр 16,5 мкм, числовую апертуру (NA) = 0,12 и концентрацию ионов эрбия 1 мол. %. Потери при распространении были измерены как менее 40 дБ/км на длине волны 2,8 мкм. Оболочка имела диаметр 260 мкм и была покрыта фторакрилатным полимером с низким индексом, чтобы обеспечить числовую апертуру первой оболочки NA >0,46 на длине волны накачки 975 нм. Поглощение излучения накачки из оболочки составляло приблизительно 0,3-0,35 дБ/м. Использовалось активное волокно длиной 3 м.

Схема экспериментальной установки для исследования спектров излучения суперконтинуума показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки для измерения спектра мощности излучения суперконтинуума, усиленного в эрбиевом ZBLAN световоде

Излучение многомодового лазерного диода (длина волны 975 нм) с волоконным выводом излучения (PLD-30, IPG Photonics) использовалось для накачки ErZBLAN световода в первую оболочку. Выходная мощность излучения диода изменялась в диапазоне от 0 до 30 Вт. Выходной световод лазерного диода имел диаметры сердцевины и оболочки 105 мкм и 125 мкм соответственно, и числовую апертуру световедущей сердцевины волокна NA = 0,18.

90 №6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru

Источник ИК-суперконтинуума был выполнен на основе эрбиевого фемтосекундного волоконного лазера, эрбиевого волоконного усилителя и нелинейного германатного световода. Спектр излучения суперконтинуума на выходе из нелинейного германатного световода в ИК-области спектра простирался до 3 мкм. Для фильтрации ИК-излучения использовалась пластинка из кристаллического германия толщиной 4 мм. После германатного фильтра излучение ИК-суперконтинуума в диапазоне от 2 до 3 мкм коллимировалось и фокусировалось двумя сферическими цинк-селеновыми (ZnSe) линзами ^=25 мм) в сердцевину Er:ZBLAN световода. Излучение волоконного ИК-суперконтинуума представляло последовательность фемтосекундных импульсов (рамановских солитонов) длительностью порядка 200 фс со средней мощностью 33 мВт при частоте следования импульсов 47 МГц. Полоса спектра излучения ИК-суперконтинуума перекрывающаяся с полосой люминесценции возбужденных ионов эрбия в Er:ZBLAN волокне усиливалась области 2,7 - 2,8 мкм. Максимальное усиление излучения суперконтинуума в нашем эксперименте наблюдалось на длине волны 2,72 мкм при мощности диодной накачки накачки 2,5 Вт. На рис.2 показаны спектры усиленного суперконтинуума на выходе активного световода.

a t.is

I

с оа

L

| 0,8 £

S 0,6

гМ

2000 2200 7400 ЖО 2S00 Дликв зсичы ны

J300 woo

ЗЯХ> 500C

14СО

Длина si

Рис. 2. Спектры излучения суперконтинуума, усиленного в Er:ZBLAN волокне:а - без накачки; б-мощность накачки 0,5 Вт; в- мощность накачки 2,5 Вт

Из рис.2 видно, что спектр мощности усиленного суперконтинуума на выходе ErZBLAN световода существенно зависит от мощности диодной накачки. Сначала наблюдается обужение спектра и усиление сигнала в диапазоне 2,7 мкм (Рис. 2б). При мощности накачки 2,5 Вт спектр усиленного сигнала представляет острый пик на длине волны 2,72 мкм с небольшим пьедесталом в диапазоне 2,7-2,8 мкм (Рис. 2в). Таким образом, изменяя мощность накачки волоконного усилителя можно управлять спектральной яркостью континуума в диапазоне от 2 до 2,8 мкм. Дальнейшее увеличение мощности накачки эрбиевого усилителя приводило к его самовозбуждению и началу лазерной генерации в ErZBLAN волокне, несмотря на косые сколы волокна, которые были сделаны для предотвращения обратных отражений.

Работа поддержана Министерством науки и высшего образования РФ (госзадание ИПФ РАН, проект № 0035-2021-0012).

Литература

1. F.K. Tittel, D. Richter and A. Fried, in Solid-state mid-infrared laser sources, Springer, (2003)

2. M C. Pierce, S.D. Jackson, M.R. Dickinson, T.A. King and P. Sloan, Lasers Surg. Med. 26, 491 (2000)

3. H.H.P.T. Bekman, J.C. van den Heuvel, F.J.M. van Putten andR. Schleijpen, Proc. SPIE27, 5615 (2004)

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

91

б

в