Волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе (варианты)



Волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе (варианты)
Волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе (варианты)
Волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе (варианты)
Волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе (варианты)
Волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе (варианты)
Волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе (варианты)
Волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе (варианты)
Волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе (варианты)
Волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе (варианты)
Волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе (варианты)
Волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе (варианты)

 


Владельцы патента RU 2548388:

Общество с ограниченной ответственностью "Техноскан-Лаб" (ООО "Техноскан-Лаб") (RU)

Изобретение относится к лазерной технике. Волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения содержит источник накачки, волоконный линейный резонатор, модуль заведения излучения накачки в усиливающее волокно, спектрально-селективный отражающий элемент с одной стороны линейного резонатора, и содержащий нелинейный оптический кристалл высокодобротный резонатор с другой стороны, а также расположенный между торцом волокна и высокодобротным резонатором фокусирующий элемент. При этом одна из двух плоских рабочих поверхностей нелинейного кристалла, или оптического элемента, расположенного в высокодобротном резонаторе, перпендикулярна падающему излучению и служит выходным зеркалом линейного резонатора, между волокном и фокусирующим элементом расположен коллимирующий оптический элемент, между которыми расположен поляризатор, поверхности которого наклонены к оси резонатора на угол не менее одного градуса. Технический результат заключается в эффективной генерации нелинейно преобразованного излучения с улучшенной временной стабильностью мощности излучения. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Настоящее изобретение относится к лазерам - приборам для генерации когерентных электромагнитных волн и промышленно применимо в устройствах и системах, использующих лазерное излучение.

Из существующего уровня техники известен волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения во внешнем высокодобротном резонаторе (J.W. Kim et al. Efficient second-harmonic generation of continuous-wave Yb fiber lasers coupled with an external resonant cavity. Appl Phys B, 108, 539-543 (2012)). Высокодобротный резонатор является внешним по отношению к волоконному лазеру и не имеет с ним никаких общих элементов. Недостатком данного технического решения является относительно большая временная нестабильность интенсивности излучения второй гармоники, которая может достигать единиц процентов (<4%, среднеквадратичная), и эта нестабильность обусловлена нестабильной оптической связью двух резонаторов - резонатора лазера и высокодобротного резонатора - в силу независимости их конструкций. Дополнительным недостатком указанного решения является неоптимальная выходная мощность излучения лазера, что вызвано неоптимальным пропусканием выходного зеркала резонатора лазера, составляющим 96%, это выходное зеркало образовано перпендикулярным к пучку излучения лазера выходным волоконным кварцевым торцом, не имеющим какого-либо покрытия.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения во внутреннем высокодобротном резонаторе (WO 2012/101391 A1, Optical fiber lasers, опубл. 02.08.2012). В этом решении высокодобротный резонатор содержится внутри линейного резонатора лазера ('резонатор в резонаторе', при этом лазер генерирует на тех частотах, которые являются общими для обоих резонаторов - лазер генерирует на тех продольных модах линейного резонатора, которые попадают в полосы пропускания высокодобротного резонатора. Недостатком этого технического решения является то, что добротность внутреннего резонатора ограничена в силу необходимости ввода излучения во внутренний резонатор и вывода из него для организации обратной связи. Т.е. два зеркала внутреннего резонатора, которые должны частично пропускать лазерное излучение, увеличивают потери излучения во внутреннем резонаторе, что понижает добротность внутреннего резонатора и, соответственно, уменьшает эффективность нелинейного преобразования частот излучения во внутреннем резонаторе.

Задачей, на решение которой направлены заявляемые изобретения, является создание волоконного лазера с увеличенной мощностью выходного излучения и увеличенной эффективностью нелинейного преобразования частот излучения в высокодобротном резонаторе, а также с уменьшенной временной нестабильность интенсивности преобразованного излучения.

Данная задача решается за счет того, что в известном волоконном лазере с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе, содержащем оптически связанные источник излучения накачки, волоконный линейный резонатор, включающий поддерживающее поляризацию излучения усиливающее волокно, волоконный модуль спектрального сведения для заведения излучения накачки в усиливающее волокно, спектрально-селективный отражающий элемент с одной стороны линейного резонатора, содержащий нелинейный оптический кристалл высокодобротный резонатор с другой стороны линейного резонатора, расположенный между высокодобротным резонатором и усиливающим волокном торец волокна, не отражающий излучение лазера назад в это волокно, расположенный между торцом волокна и высокодобротным резонатором фокусирующий элемент, фокусирующий выходящее из торца волокна излучение в высокодобротный резонатор и согласующий моду линейного резонатора с модой высокодобротного резонатора, согласно изобретению одна из двух плоских рабочих поверхностей нелинейного кристалла, имеющих просветляющие покрытия, перпендикулярна падающему пучку излучения и служит выходным зеркалом линейного резонатора волоконного лазера, между торцом волокна и фокусирующим элементом расположен коллимирующий оптический элемент, а между фокусирующим элементом и коллимирующим элементом расположен поляризатор, отражающие поверхности которого наклонены к оси резонатора лазера на угол не менее одного градуса.

В частности, высокодобротный резонатор может быть выполнен в четырехзеркальной, трехзеркальной и двухзеркальной конфигурации. В трехзеркальной конфигурации вместо одного из зеркал используется призма.

В частности, нелинейный оптический кристалл имеет форму прямоугольного параллелепипеда с двумя рабочими поверхностями, которые перпендикулярны падающему пучку излучения и имеют просветляющие покрытия для излучения лазера.

В частности, нелинейный оптический кристалл имеет вторую поверхность, ориентированную под углом Брюстера относительно пучка лазерного излучения.

В частности, спектрально-селективным отражающим элементом может являться волоконная брэгговская решетка или объемная дифракционная решетка.

В частности, спектрально-селективным отражающим элементом может являться призма в сочетании с отражающим зеркалом или призма Литтрова с отражающим покрытием на поверхности, на которую нормально падает пучок лазерного излучения после преломления на входной поверхности призмы.

В частности, отражение просветленной рабочей поверхности нелинейного оптического кристалла составляет для излучения лазера не более 1%.

В частности, пропускание входного зеркала высокодобротного резонатора для излучения лазера имеет значение в диапазоне 1-5%.

В частности, нелинейным оптическим кристаллом может быть кристалл для удвоения частот генерации, параметрического или вынужденного комбинационного (рамановского) преобразования частот генерации.

В частности, в качестве усиливающего волокна может быть использовано как стеклянное оптическое волокно, так и стеклянное оптическое волокно, допированное редкоземельными элементами или легированное оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi.

В частности, источником излучения накачки волоконного лазера может служить рамановский лазер при использовании в качестве усиливающего волокна стекловолокна, легированного оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, В, Sn, Ba, Та, Zr, Bi, при этом резонатор рамановского лазера образуют две волоконные брэгговские решетки, имеющие перпендикурярные лучу или наклонные штрихи и отражающие излучение первой стоксовой компоненты рамановского лазера.

В частности, в дополнение к спектрально-селективному отражающему элементу может быть использован спектрально-селективный пропускающий элемент, такой как интерферометр Фабри-Перо, установленный в коллимированном пучке излучения в резонаторе лазера.

В частности, в четырехзеркальном высокодобротном резонаторе могут быть расположены два нелинейных оптических кристалла, осуществляющие разные типы нелинейного преобразования спектра излучения волоконного лазера.

В частности, в качестве спектрально-селективного отражающего элемента используется волоконная брэгговская решетка с наклонными штрихами.

Данная задача решается за счет того, что в известном волоконном лазере с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе, содержащем оптически связанные источник излучения накачки, волоконный линейный резонатор, включающий поддерживающее поляризацию излучения усиливающее волокно, волоконный модуль спектрального сведения для заведения излучения накачки в усиливающее волокно, спектрально-селективный отражающий элемент с одной стороны линейного резонатора, содержащий нелинейный оптический кристалл высокодобротный резонатор с другой стороны линейного резонатора, расположенный между высокодобротным резонатором и усиливающим волокном торец волокна, не отражающий излучение лазера назад в это волокно, расположенный между торцом волокна и высокодобротным резонатором фокусирующий элемент, фокусирующий выходящее из торца волокна излучение в высокодобротный резонатор и согласующий моду линейного резонатора с модой высокодобротного резонатора, согласно изобретению в высокодобротном резонаторе расположен оптический элемент, одна из двух плоских рабочих поверхностей которого, имеющих просветляющие покрытия, перпендикулярна падающему пучку излучения и служит выходным зеркалом линейного резонатора волоконного лазера, между торцом волокна и фокусирующим элементом расположен коллимирующий оптический элемент, а между фокусирующим элементом и коллимирующим элементом расположен поляризатор, отражающие поверхности которого наклонены к оси резонатора лазера на угол не менее одного градуса.

В частности, спектрально-селективным элементом может являться волоконная брэгговская решетка или объемная дифракционная решетка.

В частности, спектрально-селективным отражающим элементом может являться призма в сочетании с отражающим зеркалом или призма Литтрова с отражающим покрытием на поверхности, на которую нормально падает пучок лазерного излучения после преломления на входной поверхности призмы.

В частности, отражение просветленной рабочей поверхности оптического элемента составляет для излучения лазера не более 1%.

В частности, пропускание входного зеркала высокодобротного резонатора для излучения лазера имеет значение в диапазоне 1-5%.

В частности, нелинейным оптическим кристаллом может быть кристалл для удвоения частот генерации, параметрического или вынужденного комбинационного (рамановского) преобразования частот генерации.

В частности, в качестве усиливающего волокна может быть использовано как стеклянное оптическое волокно, так и стеклянное оптическое волокно, допированное редкоземельными элементами или легированное оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi.

В частности, источником излучения накачки волоконного лазера может служить рамановский лазер при использовании в качестве усиливающего волокна стекловолокна, легированного оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, В, Sn, Ba, Та, Zr, Bi, при этом резонатор рамановского лазера образуют две волоконные брэгговские решетки, имеющие перпендикурярные лучу или наклонные штрихи и отражающие излучение первой стоксовой компоненты рамановского лазера.

В частности, в дополнение к спектрально-селективному отражающему элементу может быть использован спектрально-селективный пропускающий элемент, такой как интерферометр Фабри-Перо, установленный в коллимированном пучке излучения в резонаторе лазера.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является достижение увеличенной мощности выходного излучения и увеличенной эффективности нелинейного преобразования частот излучения в высокодобротном резонаторе, а также достижение уменьшенной временной нестабильности интенсивности преобразованного излучения. Повышенная мощность выходного излучения достигается за счет оптимального пропускания выходного зеркала резонатора, составляющего 99% и более. Использование в качестве выходного зеркала волоконного лазера просветленной рабочей поверхности нелинейного оптического кристалла с отражением излучения не более 1% является оптимальным для достижения максимальной выходной мощности волоконного лазера. По данным работы Liao et al. Optimization of Yb3+- doped double-clad fiber lasers using a new approximate analytical solution. Optics & Laser Technology, 43(1), 55-61 (2011) оптимальное пропускание выходного зеркала волоконного лазера составляет 99% и более. Повышенная эффективность нелинейного преобразования частот излучения в высокодобротном резонаторе достигается за счет того, что в предложенном техническом решении высокодобротный резонатор имеет только одно частично пропускающее зеркало - то, через которое излучение лазера заводится в высокодобротный резонатор. Кроме того, дополнительное увеличение эффективности нелинейного преобразования частот излучения в высокодобротном резонаторе достигается за счет использования в волоконном лазере поддерживающего поляризацию излучения усиливающего волокна и поляризатора, обеспечивающих линейную поляризацию лазерного излучения. Уменьшение временной нестабильности интенсивности преобразованного излучения достигается за счет частичной связи конфигураций двух резонаторов - часть высокодобротного резонатора является частью линейного резонатора лазера.

Необходимо отметить, что ни одно отдельно взятое устройство не дает такого эффекта, какой дает совокупность заявленных признаков. До подачи данной заявки было неочевидно, что совокупность заявленных признаков позволит решить задачу увеличения мощности излучения лазера и увеличения эффективности нелинейного преобразования частот излучения в высокодобротном резонаторе, а также задачу уменьшения временной нестабильности интенсивности преобразованного излучения.

Сущность изобретения поясняется следующими схемами.

На фиг. 1 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном четырехзеркальном резонаторе: 1 - источник излучения накачки, 2 - спектрально-селективный отражающий элемент, 3 - волоконный модуль спектрального сведения, 4 - поддерживающее поляризацию излучения усиливающее волокно, 5 - торец волокна линейного резонатора, 6 - коллимирующий оптический элемент, 7 - поляризатор, 8 - фокусирующий оптический элемент, 9 - входное зеркало высокодобротного резонатора, 10 - дихроичное зеркало высокодобротного резонатора, через которое преобразованное излучение 14 выходит из высокодобротного резонатора, 11 - нелинейный оптический кристалл, 12 - просветленная рабочая поверхность нелинейного оптического кристалла, 13 - высокодобротный резонатор, 15, 16 - зеркала высокодобротного резонатора, полностью отражающие излучение лазера.

На фиг. 2 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе, состоящем из двух зеркал 9, 10 и призмы 17.

На фиг. 3 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе, состоящем из двух зеркал 9 и 10.

На фиг. 4 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном четырехзеркальном резонаторе с нелинейным оптическим элементом, имеющем вторую поверхность, ориентированую под углом Брюстера относительно пучка лазерного излучения.

На фиг. 5 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе 13 с использованием в качестве спектрально-селективного отражающего элемента волоконной брэгговской решетки.

На фиг. 6 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе 13 с использованием в качестве спектрально-селективного отражающего элемента объемной дифракционной решетки. Заведение излучения на объемную дифракционную решетку производится через волоконный торец 18 линейного резонатора, не отражающий излучение лазера назад в это волокно, и коллимирующий элемент 6.

На фиг. 7 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе 13 с использованием в качестве спектрально-селективного отражающего элемента призмы в сочетании с отражающим зеркалом. Призма оптически связана с линейным резонатором через волоконный торец 18, не отражающий излучение лазера назад в это волокно, и коллимирующий элемент 6.

На фиг. 8 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе 13 с использованием в качестве спектрально-селективного отражающего элемента призмы Литтрова. Призма Литтрова оптически связана с линейным резонатором лазера через волоконный торец 18, не отражающий излучение лазера назад в это волокно, и коллимирующий элемент 6.

На фиг. 9 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе 13 с использованием в качестве накачки рамановского лазера, образованного рамановским усиливающим волокном 4 и двумя волоконными брэгговскими решетками 19, образующими резонатор рамановского лазера.

На фиг. 10 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе 13, содержащем два нелинейных кристалла 11 и 20, расположенных в перетяжках излучения между зеркалами 9-15 и 16-10. С этой схемой используются два дихроичных зеркала 15 и 10, позволяющих вывести из высокодобротного резонатора два пучка преобразованного излучения 14 и 21. Один кристалл может осуществлять преобразование излучения лазера во вторую гармонику, второй - осуществлять параметрическое преобразование спектра излучения лазера. В этой схеме выходным зеркалом линейного резонатора волоконного лазера служит ближайшая к усиливающему волокну просветленная рабочая поверхность нелинейного оптического кристалла, расположенного между зеркалами 9 и 15.

На фиг. 11 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном четырехзеркальном резонаторе, содержащем нелинейный кристалл 11 с двумя рабочими брюстеровскими поверхностями и оптический элемент 24 с плоской просветленной рабочей поверхностью 12.

Работает устройство следующим образом.

Излучение накачки, генерируемое источником 1 оптического излучения накачки, через волоконный модуль спектрального сведения 3 попадает в усиливающее волокно 4, переводя усиливающую среду лазера в активное состояние; генерация лазера осуществляется в линейном резонаторе, зеркалами которого являются: спектрально-селективный отражающий элемент 2 и просветленная рабочая поверхность 12 нелинейного оптического кристалла 11, расположенного в высокодобротном четырехзеркальном резонаторе 13; излучение от усиливающего волокна 4 попадает в высокодобротный резонатор 13 через торец волокна линейного резонатора 5, коллимирующий оптический элемент 6, поляризатор 7 и фокусирующий оптический элемент 8, служащий для согласования мод линейного и высокодобротного резонаторов. В качестве коллимирующего и фокусирующего элементов могут быть использованы как линзы, так и объективы. Отражающие поверхности поляризатора 7 наклонены к оси резонатора лазера на угол не менее одного градуса для того, чтобы излучение, отраженное от поверхностей поляризатора, не попадало назад в резонатор лазера. Выходное излучение лазера, проходя просветленную рабочую поверхность 12 нелинейного оптического кристалла 11, оказывается "запертым" в высокодобротном резонаторе 13, зеркала которого 15, 16 и 10 полностью отражают излучение лазера. Потери излучения лазера в резонаторе 13 определяются, в основном, пропусканием входного зеркала 9, имеющем значение в диапазоне 1-5%. Высокая добротность резонатора 13 позволяет существенно увеличивать в нем интенсивность лазерного излучения и значительно увеличивать эффективность нелинейного преобразования частот излучения в нелинейном кристалле 11. Спектрально-преобразованное излучение 14 выходит из высокодобротного резонатора через дихроичное зеркало 10, полностью отражающего излучение лазера и пропускающего преобразованное излучение. Для обеспечения линейной поляризации излучения волоконного лазера используется поддерживающее поляризацию излучения усиливающее волокно 4 и поляризатор 7. Торец волокна линейного резонатора 5 не отражает излучение лазера назад в это волокно за счет того, что имеет или угол скола не менее 8-ми градусов, или торец оканчивается волокном без сердцевины (coreless fiber). Использование спектрально-селективного элемента 2 в резонаторе волоконного лазера позволяет сузить спектр излучения лазера для того, чтобы ширина спектра излучения лазера не превышала спектральную ширину синхронизма нелинейного кристалла 11, это позволяет нелинейно преобразовывать весь спектр излучения лазера.

При использовании в качестве спектрально-селективных отражающих элементов объемных (не волоконных) элементов, излучение из усиливающего волокна выводится через торец 18, также не отражающий излучение лазера назад в это волокно за счет того, что имеет или угол скола не менее 8-ми градусов, или торец оканчивается волокном без сердцевины (coreless fiber). При использовании призмы Литтрова, дифракционной решетки и пары "призма и отражающее зеркало" перестройка длины волны излучения лазера производится поворотом призмы или решетки.

Использование в качестве спектрально-селективного отражающего элемента волоконной брэгговской решетки с наклонными штрихами позволяет увеличить коэффициент поляризации излучения, так как волоконная брэгговская решетка с наклонными штрихами является поляризатором с высокой степенью поляризации излучения (X.P. Cheng et al. Tunable single polarization Yb3+- doped fiber ring laser by using intracavity tilted fiber Bragg grating. Proc. SPIE, v. 7134, 71342V (2008)).

В четырехзеркальном высокодобротном резонаторе с оптическим элементом 23 выходным зеркалом линейного резонатора лазера является плоская просветленная поверхность оптического элемента, перпендикулярная лучу лазера. При этом нелинейный кристалл имеет рабочие поверхности, ориентированные под углом Брюстера, для минимизации потерь излучения при прохождении рабочих поверхностей нелинейного кристалла.

Экспериментальная апробация предложенной схемы волоконного лазера с удвоением частот излучения в высокодобротном четырехзеркальном резонаторе, представленной на фиг. 7, продемонстрировала следующие результаты: при использовании легированного иттербием усиливающего волокна максимальная выходная мощность лазера на длине волны 536 нм составила 800 мВт при мощности излучения накачки 6 Вт на длине волны 976 нм, диапазон перестройки длины волны излучения: 521-545 нм при мощности выходного излучения на краях рабочего спектрального диапазона 420 и 220 мВт соответственно, нестабильность интенсивности излучения второй гармоники была не более 1% (среднеквадратичная величина). Ширина спектра фундаментального излучения (0,5 нм) не превышала спектральной ширины синхронизма (1,8 нм) нелинейного оптического кристалла LBO, используемого в режиме некритического синхронизма.

1. Волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе, содержащий оптически связанные источник излучения накачки, волоконный линейный резонатор, включающий поддерживающее поляризацию излучения усиливающее волокно, волоконный модуль спектрального сведения для заведения излучения накачки в усиливающее волокно, спектрально-селективный отражающий элемент с одной стороны линейного резонатора, содержащий нелинейный оптический кристалл высокодобротный резонатор с другой стороны линейного резонатора, расположенный между высокодобротным резонатором и усиливающим волокном торец волокна, не отражающий излучение лазера назад в это волокно, расположенный между торцом волокна и высокодобротным резонатором фокусирующий элемент, фокусирующий выходящее из торца волокна излучение в высокодобротный резонатор и согласующий моду линейного резонатора с модой высокодобротного резонатора, отличающийся тем, что одна из двух плоских рабочих поверхностей нелинейного кристалла, имеющих просветляющие покрытия, перпендикулярна падающему пучку излучения и служит выходным зеркалом линейного резонатора волоконного лазера, между торцом волокна и фокусирующим элементом расположен коллимирующий оптический элемент, а между фокусирующим элементом и коллимирующим элементом расположен поляризатор с проходными для излучения лазера поверхностями, имеющими угол наклона к оси резонатора лазера не менее одного градуса.

2. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что высокодобротный резонатор выполнен в четырехзеркальной конфигурации.

3. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что высокодобротный резонатор выполнен в трехзеркальной конфигурации с использованием двух зеркал и призмы.

4. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что высокодобротный резонатор выполнен в двухзеркальной конфигурации.

5. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что спектрально-селективным отражающим элементом является призма в сочетании с отражающим зеркалом или призма Литтрова с отражающим покрытием на поверхности, на которую нормально падает пучок лазерного излучения после преломления на входной поверхности призмы.

6. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что вторая плоская рабочая поверхность нелинейного кристалла, не являющаяся выходным зеркалом резонатора, ориентирована под углом Брюстера относительно пучка лазерного излучения.

7. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что спектрально-селективным отражающим элементом является волоконная брэгговская решетка или объемная дифракционная решетка.

8. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что отражение рабочих поверхностей нелинейного кристалла составляет для излучения лазера не более 1%.

9. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что пропускание входного зеркала высокодобротного резонатора для излучения лазера имеет значение в диапазоне 1-5%.

10. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что нелинейным оптическим кристаллом является кристалл для удвоения частот генерации или для параметрического или вынужденного комбинационного (рамановского) преобразования частот генерации.

11. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что в качестве усиливающего волокна применяется как стеклянное оптическое волокно, так и стеклянное оптическое волокно, допированное редкоземельными элементами или легированное оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi.

12. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что источником излучения накачки волоконного лазера является рамановский лазер при использовании в качестве усиливающего волокна стекловолокна, легированного оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, В, Sn, Ba, Та, Zr, Bi, при этом резонатор рамановского лазера образован двумя волоконными брэгговскими решетками, имеющими перпендикулярные лучу или наклонные штрихи и являющимися отражающими для излучения первой стоксовой компоненты рамановского лазера.

13. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что в коллимированном пучке излучения в резонаторе лазера расположен спектрально-селективный пропускающий элемент, такой как, например, интерферометр Фабри-Перо.

14. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что в четырехзеркальном высокодобротном резонаторе расположены два нелинейных оптических кристалла для разных типов нелинейного преобразования спектра излучения волоконного лазера.

15. Волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе, содержащий оптически связанные источник излучения накачки, волоконный линейный резонатор, включающий поддерживающее поляризацию излучения усиливающее волокно, волоконный модуль спектрального сведения для заведения излучения накачки в усиливающее волокно, спектрально-селективный отражающий элемент с одной стороны линейного резонатора, содержащий нелинейный оптический кристалл высокодобротный резонатор с другой стороны линейного резонатора, расположенный между высокодобротным резонатором и усиливающим волокном торец волокна, не отражающий излучение лазера назад в это волокно, расположенный между торцом волокна и высокодобротным резонатором фокусирующий элемент, фокусирующий выходящее из торца волокна излучение в высокодобротный резонатор и согласующий моду линейного резонатора с модой высокодобротного резонатора, отличающийся тем, что в высокодобротном резонаторе расположен оптический элемент, одна из двух плоских рабочих поверхностей которого, имеющих просветляющие покрытия, перпендикулярна падающему пучку излучения и служит выходным зеркалом линейного резонатора волоконного лазера, между торцом волокна и фокусирующим элементом расположен коллимирующий оптический элемент, а между фокусирующим элементом и коллимирующим элементом расположен поляризатор с проходными для излучения лазера поверхностями, имеющими угол наклона к оси резонатора лазера не менее одного градуса.

16. Лазер по п. 15, отличающийся тем, что высокодобротный резонатор выполнен в четырехзеркальной конфигурации.

17. Лазер по п. 15, отличающийся тем, что оптический элемент установлен в высокодобротном резонаторе в перетяжке пучка излучения.

18. Лазер по п. 15, отличающийся тем, что спектрально-селективным отражающим элементом является волоконная брэгговская решетка или объемная дифракционная решетка.

19. Лазер по п. 15, отличающийся тем, что спектрально-селективным отражающим элементом является призма в сочетании с отражающим зеркалом или призма Литтрова с отражающим покрытием на поверхности, на которую нормально падает пучок лазерного излучения после преломления на входной поверхности призмы.

20. Лазер по п. 15, отличающийся тем, что отражение рабочих поверхностей оптического элемента составляет для излучения лазера не более 1%.

21. Лазер по п. 15, отличающийся тем, что пропускание входного зеркала высокодобротного резонатора для излучения лазера имеет значение в диапазоне 1-5%.

22. Лазер по п. 15, отличающийся тем, что нелинейным оптическим кристаллом является кристалл для удвоения частот генерации или для параметрического или вынужденного комбинационного (рамановского) преобразования частот генерации.

23. Лазер по п. 15, отличающийся тем, что в качестве усиливающего волокна может быть использовано как стеклянное оптическое волокно, так и стеклянное оптическое волокно, допированное редкоземельными элементами или легированное оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi.

24. Лазер по п. 15, отличающийся тем, что источником излучения накачки волоконного лазера может служить рамановский лазер при использовании в качестве усиливающего волокна стекловолокна, легированного оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, В, Sn, Ba, Та, Zr, Bi, при этом резонатор рамановского лазера образован двумя волоконными брэгговскими решетками, имеющими перпендикулярные лучу или наклонные штрихи и являющимися отражающими для излучения первой стоксовой компоненты рамановского лазера.

25. Лазер по п. 15, отличающийся тем, что в коллимированном пучке излучения в резонаторе лазера расположен спектрально-селективный пропускающий элемент, такой как, например, интерферометр Фабри-Перо.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лазерной технике. Импульсный волоконный лазер с варьируемой конфигурацией поддерживающего поляризацию излучения кольцевого резонатора содержит источник накачки, модуль спектрального сведения, сигнальный вход которого соединен с волоконным изолятором, а сигнальный выход - с активным волокном, которое другим концом соединено с волоконным ответвителем.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при разработке генераторов световых импульсов с высокой энергией излучения. Волоконный лазер для генерации световых импульсов содержит источник периодической импульсной накачки и волоконный кольцевой резонатор с суммарной нормальной дисперсией, состоящий из активного и пассивного волокон с их общей длиной более 1 км.

Изобретение относится к лазерной технике. Волоконный лазер со сверхкороткой длительностью импульса содержит лазер накачки, последовательно установленные, образующие кольцевой резонатор и закрепленные на держатель волокна волоконные модуль ввода излучения лазера накачки в волокно, легированное редкоземельным элементом волокно, разветвитель, контроллер поляризации, волоконный поляризатор, контроллер поляризации, изолятор.

Устройство относится к области квантовой электроники. Полностью волоконный лазер со сверхкороткой длительностью импульса содержит лазер накачки, модуль ввода излучения лазера накачки в волокно, легированное редкоземельным элементом волокно, разветвитель, контроллеры поляризации, волоконные поляризаторы с взаимно перпендикулярными направлениями поляризации, акустооптический модулятор, установленный непосредственно на оптическое волокно между волоконными поляризаторами, частота акустооптического модулятора равна собственной частоте кольцевого волоконного резонатора.

Изобретение относится к усиливающему оптическому волокну, оптическому волоконному усилителю и резонатору с его использованием. Усиливающее оптическое волокно содержит: сердцевину; оболочку, покрывающую сердцевину; и наружную оболочку, покрывающую оболочку.

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к волоконным импульсным лазерам со сверхкороткой длительностью импульса, работающим на длине волны около 1 мкм.

Изобретение относится к лазерной технике. .

Рамановский волоконный импульсный лазер содержит оптически связанные источник излучения накачки, поддерживающий поляризацию излучения волоконный кольцевой резонатор, содержащий рамановское усиливающее волокно, преобразующее излучение накачки в излучение первого или более высокого стоксового компонента рамановского рассеяния. Также лазер содержит волоконный модуль спектрального сведения для введения излучения накачки в кольцевой резонатор, позволяющий ввести излучение накачки в кольцевой резонатор и пропускающий усиливаемое излучение рамановского импульсного лазера, поляризационно-зависимый ответвитель для вывода излучения из резонатора и минимум один изолятор, обеспечивающий однонаправленную генерацию излучения. В резонатор лазера введен элемент активной синхронизации мод излучения на основе амплитудного или фазового модулятора. Технический результат заключается в обеспечении возможности генерации стабильных когерентных импульсов с частотой следования более 1 МГц в широком спектральном диапазоне при использовании излучения накачки с различными длинами волн. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к управляемым импульсным лазерным системам для генерации лазерного излучения на двух оптических частотах. В системе используют два вложенных один в другой волоконных лазера с пассивной модуляцией добротности при внешней накачке излучением лазерного диода, питаемым электрическим током. В качестве просветляемого поглощающего элемента используется активное волокно одного из лазеров. Управление частотой следования импульсов достигается наличием обратной оптоэлектронной связи по частоте следования импульсов и мощности излучения диода. Согласование автогенерации импульсного излучения обеспечивается за счет синхронизации частоты модуляции и мощности тока накачки с частотой следования лазерных импульсов системы. Выходное излучение усиливается оптическим усилителем мощности. Технический результат: стабилизация импульсного излучения с двумя разными оптическими частотами, повышение точности и эффективности преобразования энергии. 3 н., 17 з.п. ф-лы, 5 ил.,2 табл.

Узкополосный кольцевой волоконный лазер состоит из диода накачки, элемента Пельтье и кольцевого однонаправленного резонатора. Указанный резонатор включает активное волокно, делитель излучения, поляризационный циркулятор, волоконно-оптический изолятор и спектральный уплотнитель с линейной частью в виде насыщающего поглотителя из ненакачиваемого активного волокна и волоконной брэгговской решетки. Активное волокно выполнено с высокой концентрацией легирующей примеси, а волоконно-оптический изолятор расположен между спектральным уплотнителем и поляризационным циркулятором, установленным вместе с делителем излучения с обеспечением встречного направления излучения узкополосного кольцевого волоконного лазера и излучения накачки. Устройство позволило добиться стабильной генерации лазерного излучения. 3 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Способ пассивной синхронизации мод излучения в лазере сверхкоротких импульсов с цельноволоконным оптическим резонатором состоит в использовании эффекта нелинейной эволюции поляризации и укладки витками оптического волокна с формированием скруток и изгибов, не препятствующих распространению по оптическому волокну оптического излучения и создающих двулучепреломление и относительную фазовую задержку компонент поляризации, достаточную для запуска режима пассивной синхронизации мод за счет эффекта нелинейной эволюции поляризации. Технический результат заключается в обеспечении возможности эффективного преобразования энергии оптической накачки в энергию генерируемых импульсов, при использовании надежной конструкции лазера, не требующей технического обслуживания в процессе эксплуатации и транспортировки. 1 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Волоконный импульсный линейный лазер с пассивной синхронизацией мод излучения содержит оптически связанные источник излучения накачки, поддерживающий поляризацию излучения волоконный линейный резонатор, содержащий последовательно расположенные спектрально-селективный отражающий элемент, коллиматор, торец волокна, не отражающий излучение лазера назад в это волокно, усиливающее волокно, минимум один волоконный модуль спектрального сведения для введения излучения накачки в резонатор, минимум один поляризационно-зависимый ответвитель для вывода излучения из резонатора, торец волокна, не отражающий излучение лазера назад в это волокно, коллиматор, фокусирующий излучение оптический элемент, зеркало резонатора. Зеркало резонатора расположено на плоской поверхности прозрачного для излучения лазера оптического элемента с керровской нелинейностью и толщиной более 0,5 мм, вторая плоская поверхность которого расположена между зеркалом и фокусирующим излучение оптическим элементом и имеет угол наклона более одного градуса к оси резонатора лазера. Технический результат заключается в обеспечении возможности генерации короткоимпульсного излучения в широком спектральном диапазоне без ограничений срока работы лазера. 3 н. и 32 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Волоконный импульсный кольцевой лазер с пассивной синхронизацией мод излучения содержит оптически связанные источник излучения накачки, волоконный кольцевой резонатор, содержащий усиливающее волокно, волоконный модуль спектрального сведения, поляризационно-зависимый ответвитель, поляризационно-зависимый изолятор, первый и второй торцы волокна, не отражающие излучение лазера назад в волокно. Между торцами волокна расположены первый и второй коллиматоры. Все волоконные элементы резонатора являются поддерживающими поляризацию излучения. Между коллиматорами расположены два фокусирующих излучение оптических элемента, между которыми в перетяжке пучка лазерного излучения расположен оптический элемент с керровской нелинейностью, толщиной более 0,5 мм с проходными для излучения лазера поверхностями, имеющими угол наклона к оси резонатора лазера не менее одного градуса. Технический результат заключается в обеспечении возможности генерации короткоимпульсного излучения с малым уровнем шумов в широком спектральном диапазоне. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 5 ил.

Высокомощный сверхъяркий малошумящий источник накачки содержит затравочный источник, который генерирует малошумящий световой сигнал, множество высокомощных полупроводниковых лазерных диодов, объединенных для испускания излучения вспомогательной накачки, и легированный Yb мультимодовый волоконный преобразователь длин волн излучения вспомогательной накачки. При этом излучение накачки имеет уровень шумов, идентичный уровню шумов малошумящего светового сигнала, яркость равна n×В, где n - число высокомощных полупроводниковых лазерных диодов, а B - яркость каждого высокомощного лазерного диода, выходная мощность (Ро), по существу равную nPd, где Pd - мощность каждого высокомощного лазерного диода, а n - их число. Технический результат заключается в устранении нелинейных эффектов, которые ограничивают усиление и качество луча. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх