ВКР-лазер с распределенной обратной связью на основе массива волоконных брэгговских решеток Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ВКР-ЛАЗЕР С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ НА ОСНОВЕ МАССИВА ВОЛОКОННЫХ БРЭГГОВСКИХ

РЕШЕТОК

Абдуллина С.Р.1 , Скворцов М.И.1'2, Власов А.А.1, Подивилов Е.В.1'2, Бабин С.А.1'2

1 Институт автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск 2Новосибирский государственный университет * E-mail: [email protected]

DOI 10.24411/2308-6920-2019-16124

Известно, что волоконные лазеры с распределенной обратной связью (РОС-лазеры) представляют собой надежный источник одночастотного излучения, но для их изготовления требуется специальная методика записи волоконной брэгговской решетки (ВБР) с фазовым сдвигом, что представляет особенную сложность в случае ВКР-лазеров на основе пассивных волокон с длинными ВБР, см. [1] и цитируемую литературу. В то же время ВКР-лазеры очень востребованы, поскольку позволяют получать генерацию в широком диапазоне длин волн, в отличие от лазеров на основе активных волокон. Для получения узкополосной генерации ВКР-лазеров в качестве альтернативы РОС может использоваться случайная распределенная обратная связь (СРОС), возникающая при отражении от ВБР со множеством случайных фазовых сдвигов или массива ВБР, записанных через интервалы случайной длины [2,3]. Так, в работе [2] продемонстрирован ВКР-лазер с длиной волны генерации 1.5 мкм на основе ВБР длиной 1 м со 1500 случайными фазовыми сдвигами. В припороговом режиме получена одночастотная генерации с шириной линии ~430 кГц, при увеличении выходной мощности до ~1 мВт наблюдалось резкое уширение линии и переход в некогерентный режим. Максимальная мощность составила 15 мВт при ширине линии 0.3 нм и эффективности генерации 0.8%.

В данной работе представлено развитие схемы ВКР-лазера со СРОС на основе массива ВБР, записанных со случайными фазами и амплитудами в пассивном волокне [3]. Структура лазера была оптимизирована с точки зрения потерь и числа решеток в массиве, в результате чего длина лазера составила ~7 м, число решеток - 33.

На рис. 1а приведена рефлектограмма массива ВБР, измеренная с помощью рефлектометра LUNA. Статистическое распределение ВБР по коэффициентам отражения хорошо описывается гауссовой функцией, наиболее вероятный коэффициент составляет ~30%. Для получения генерации в качестве источника накачки использовался непрерывный линейно-поляризованный иттербиевый лазер с длиной волны генерации 1045.2 нм мощностью до 14 Вт. Порог ВКР-генерации по заведенной мощности накачки составил 0.8 Вт. Мощностные характеристики лазера представлены на рис. 1б. Мощность стоксовых компонент на длине волны 1092 нм, распространяющихся в прямом и обратном по отношению к накачке направлениях, достигает 3 Вт при максимальной мощности накачки. Мощностные кривые испытывают перегибы при мощности накачки около 2 Вт, рис. 1б.

Рис.1. (а) Рефлектрограмма массива ВБР, измеренная с помощью рефлектометра LUNA; (б) Выходная мощность накачки, прошедшей через массив ВБР (квадраты), и мощности стоксовых компонент, распространяющихся в прямом (треугольники) и обратном (круги) по отношению к накачке направлении

в зависимости от мощности накачки

№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» [email protected]

247

На рис. 2а приведены радиочастотные спектры выходного излучения: одночастотный режим наблюдается до уровня мощности 12 мВт, несколько мод - при 15 мВт и ~100 мод при 40 мВт (что соответствует мощности накачки 1.5 Вт). Это поведение качественно согласуется с разработанной теоретической моделью когерентной (маломодовой) ВКР-генерации. При дальнейшем увеличении выходной мощности число мод резко возрастает, ширина линии генерации при максимальной выходной мощности достигает 80 пм. Таким образом, точка перегиба мощностных характеристик при мощности накачки ~2 Вт (соответствующая мощности стоксовых компонент ~ 100 мВт) может считаться пределом мощности для когерентного режима.

Рис.2 (а) Радиочастотный спектр стоксовой компоненты, измеренный при различных уровнях выходной мощности; (б) Спектр биений стоксовой компоненты,распространяющейся назад, измеренный методом само-гетеродинирования при уровне выходной мощности 10мВт

Для измерения ширины линии в одночастотном режиме (10 мВт выходной мощности) использовался метод само-гетеродинирования: ширина сигнала биений на полувысоте составила 100 кГц, что соответствует ширине спектральной линии менее 50 кГц - на порядок меньше, чем в работе [2], рис. 2б, в то время как мощность излучения в нашем случае на порядок выше.

Также в работе продемонстрирована внутрирезонаторная параметрическая генерация на длине волны 1140 нм, возникающая за счет эффекта четырехволнового смешения (ЧВС) благодаря узкой линии стоксова излучения. Показана возможность перестройки длины волны холостого излучения ЧВС за счет перестройки длины волны накачки ВКР-лазера, являющейся сигнальной волной процесса ЧВС.

Лазеры такого типа благодаря узкой линии и достаточно высокой мощности генерации, доступной в широком диапазоне длин волн, могут быть использованы в телекоммуникационных и сенсорных системах. Также их излучение можно эффективно преобразовать в видимую область спектра за счёт удвоения частоты, что расширит область применений.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 18-52-7822 (работа М.И.С., Е.В.П. и С.А.Б. по исследованию случайной генерации) и темы госзадания ИАиЭ СО РАН № гос. рег. AAAA-A17-117062110026-3 (работа С.Р.А. и А.А.В. по записи случайных ВБР). Авторы выражают благодарность за предоставленное оборудование ЦКП «Спектроскопия и оптика» (http://ckp-rf.ru/ckp/3046/).

Литература

1. Loranger S. et al, Optica 5, 295-302 (2018)

2. Gagné M, Kashyap R., Opt. Lett. 39, 2755-2758 (2014)

3. СкворцовМ.И. и др., Квант. электроника. 47, 696-700 (2017)

248 №6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» [email protected]