CC BY
9DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-140-141
ВОЛОКОННЫЙ ЗАДАЮЩИЙ ГЕНЕРАТОР ОДИНОЧНЫХ ИМПУЛЬСОВ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ
С ВНЕШНИМ ЗАПУСКОМ
Трикшев А.И., Камынин В.А., Цветков В.Б.
Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, 119991, Москва, Вавилова, 38
Е-mail: trikshevgpi@gmail. com
Наносекундные лазерные системы высокой мощности с высокой энергией импульса широко применяются как в промышленности, так и в научных целях. Например, в космической связи, для лазерной резки или прецизионной лазерной обработки [1-3]. Однако, из-за эффектов насыщения форма импульсов может искажаться при прохождении усиливающей среды. Для компенсации искажения начальный импульс должен иметь форму с учетом последующего искажения. Восстановление формы импульса является интересной задачей, которая в последние годы привлекает большое внимание исследователей [4, 5]. В данной работе представлен импульсный иттербиевый волоконный лазер с возможностью формирования импульса заданной формы с временным разрешением в 2 нс, способный работать в режиме одиночного импульса.
Схема экспериментальной установки представлена на рис. 1.а. В качестве задающего генератора (ЗГ) использовался перестраиваемый по длине волны лазерный диод (DFB), работающий в непрерывном режиме с выходной мощностью до 20 мВт. В качестве первого усилителя использовалось активное иттербиевое волокно с накачкой в сердцевину (Yb-401, CorActive) (6/125 мкм, NA=0.11/0.45), длиной 2 м. Встречная накачка осуществлялась непрерывным одномодовым лазерным диодом, стабилизированным по температуре на длине волны 976 нм. После усиления выходная мощность составила около 400 мВт, которая ограничивалась оптической стойкостью акустооптического модулятора (АОМ). Для поддержания линейной поляризации на входе АОМ в систему был включен контроллер поляризации (PC).
После усиления излучение модулировалось связкой акусто- и электро- оптического модуляторов (ЕОМ). На АОМ подавался электрический сигнал прямоугольной формы. На ЕОМ подавался электрический сигнал заданного временного профиля. Связка двух модуляторов позволяла получить контраст сигнала на уровне 50 дБ.
0 6
_J_
/
Е
е
12 16 t, нс
20 24 28 32
RCHI1M0 --1Q5/1250.2»№ - l&ra-MO.CM/ieMUGDF
а)
Рис. 1. а) Экспериментальная установка, б) оптический импульс
б)
Далее излучение усиливалось в двухкаскадном волоконном усилителе. Второй каскад усилителя построен на активном иттербиевом волокне с двойной оболочкой YDF-128S фирмы Nufem, с диаметром активной сердцевины 6 мкм ^А=0.11), длиной 9 м. Третий каскад построен на активном иттербиевом волокне с двойной оболочкой YDF-15/130-M фирмы Nufem, с диаметром активной сердцевины 15 мкм ^А=0.08), длиной 3 м. Данное волокно с широким полем моды использовалось, чтобы повысить порог вынужденного рассеяния Мандельштама - Бриллюэна. Попутная накачка волокон осуществлялась через волоконные комбайнеры (FC) стабилизированными по длине волны многомодовыми диодами на 976 нм, работающими в импульсном режиме. Сигналы на платы управления диодами (DLD2, DLD3) были синхронизированы с сигналами на АОМ и ЕОМ с помощью тактового генератора задержек (TG). Для подстройки линейной поляризации на выходе волоконной системы в схему включен дополнительный контроллер поляризации. Для защиты системы от обратного отражения и дополнительной коллимации выходного излучения использовался выходной
140
№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
коллиматор с изолятором (col/iso). Для защиты данного узла от излучения накачки использовался стриппер не поглощенной накачки (PT).
Осциллограмма профилированного импульса, состоящего из двух экспонент, на выходе системы представлена на рисунке 1б. Поскольку в работе для формирования импульсов использовался двухканальный генератор импульсов AWG Tektronix afg31000, 2 Gs/s то минимальное временное разрешение получаемых импульсов составляло не более 2 нс. Сам генератор тактировался по внешнему сигналу от генератора задержек, что позволило регулировать частоту следования импульсов от 1 Гц до 4 кГц. На выходе системы энергия в импульсе составила до 4 мкДж.
Литература
1. Nie M., Liu Q., Ji E., Cao X., Fu X., Gong M., «Active pulse shaping for end-pumped Nd: YVO 4 amplifier with high gain», Optics letters,42(6), 1051-1054 (2017)
2. W. Koechner, [Solid-state laser engineering] Springer, (2013)
3. Vu K.T., Malinowski A., Richardson D.J., Ghiringhelli F., Hickey L.M.B., Zervas M.N., «Adaptive pulse shape control in a diode-seeded nanosecond fiber MOPA system», Optics Express,14(23), 10996-11001 (2006)
4. Guo J., Wang J., Lu X., Xia G., Wang X., Fan W., Lin, Z. «Performance of active pulse shaping of high power multi-pass ring laser amplifier» Proc. SPIE 10964, Tenth International Conference on Information Optics and Photonics, 1096403 (2018)
5. Meijer R.A., Stodolna A.S., Eikema K.S.E., Witte S. «High-energy Nd: YAG laser system with arbitrary sub-nanosecond pulse shaping capability» Optics letters, 42(14), 2758-2761 (2017)
№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 141
