Узкополосный кольцевой волоконный лазер

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 приборам для генерации с использованием стимулированного излучения когерентных электромагнитных волн и может быть использовано в квантовых устройствах для генерирования, модуляции, демодуляции или преобразования частоты, использующих стимулированное излучение в инфракрасной области спектра, а именно к кольцевым лазерам, а более конкретно, может быть использовано для таких приложений, как когерентные оптические датчики, спектрометры высокого разрешения, источники излучения в прецизионных физических экспериментах, ЛИДАР, для интерферометрических комплексов PDV (Photonic Doppler Velocimetry) и других приложений, где необходима большая длина когерентности.

Известна конструкция волоконного однонаправленного кольцевого лазера [Tunable Er3+-doped fibre ring laser usingfibre grating incorporated by optical circulator or fibre coupler J.J. Pan and Yuan Shi, ELECTRONICS LETTERS 6th July 1995 Vol.31 No. 14], которая содержит резонатор, состоящий из активного и транспортного волокна, устройства ввода излучения накачки, устройства, обеспечивающего однонаправленность излучения в резонаторе, устройства, позволяющего сузить спектр генерации, и устройства вывода лазерного излучения.

Недостатком такой конструкции является большая спектральная ширина линии генерации.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению и выбранным в качестве прототипа является узкополосный кольцевой волоконный лазер, описанный в работе Narrow-linewith single polarization frequency-modulated Er-doped fiber ring laser / O. Pan, J. Yudong, C. Bin, Z. Chunxi, H. Shuling, F. Di // Ch. Opt. Lett. - Vol.6. - №11. - 2008. - p.845-847 и состоящий из диода накачки, элемента Пельтье и кольцевого однонаправленного резонатора, содержащего 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.

К недостаткам этого технического решения можно отнести:

- большую длину резонатора (примерно 29 м), что приводит к повышению виброчувствительности такой схемы и уменьшению межмодового расстояния;

- излучения накачки и сигнала распространяются в одном направлении, что приводит к появлению излучения накачки в выходном излучении лазера.

Задачей настоящего изобретения является улучшение эксплуатационных возможностей, а именно повышение стабильности работы узкополосного кольцевого волоконного лазера, работающего в непрерывном режиме с шириной спектра менее 20 кГц.

Технический результат, который позволяет решить поставленную задачу, заключается в том, что удалось существенно уменьшить общую длину резонатора узкополосного кольцевого волоконного лазера (с 29 метров до 6 метров) за счет выполнения активного волокна из материала с высокой концентрацией легирующей примеси, а также удалось исключить излучение накачки в выходном излучении узкополосного кольцевого волоконного лазера за счет осуществления разнонаправленности излучения накачки и лазерного излучения.

Это достигается тем, что в узкополосном кольцевом волоконном лазере, состоящем из диода накачки, элемента Пельтье и кольцевого однонаправленного резонатора, содержащего активное волокно, делитель излучения, поляризационный циркулятор, волоконно-оптический изолятор и спектральный уплотнитель с линейной частью в виде насыщающего поглотителя из ненакачиваемого активного волокна и волоконную брэгговскую решетку, согласно изобретению, активное волокно выполнено из материала с высокой концентрацией легирующей примеси, а волоконно-оптический изолятор расположен между спектральным уплотнителем и поляризационным циркулятором, который вместе с делителем излучения установлен с обеспечением встречного направления излучения лазера и излучения накачки.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

Новые признаки устройства (активное волокно выполнено из материала с высокой концентрацией легирующей примеси, а волоконно-оптический изолятор расположен между спектральным уплотнителем и поляризационным циркулятором, который вместе с делителем излучения установлен с обеспечением встречного направления излучения лазера и излучения накачки) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Предлагаемое изобретение проиллюстрировано следующими чертежами.

На фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого кольцевого резонатора.

На фиг.2 представлена зависимость мощности лазерной генерации от мощности накачки.

На фиг.3 представлена зависимость длины волны излучения лазера от температуры брэгговской решетки.

На чертежах введены следующие обозначения:

1 - активное волокно;

2 - делитель излучения;

3 - спектральный уплотнитель;

4 - волоконно-оптический изолятор;

5 - поляризационный циркулятор;

6 - диод накачки;

7 - насыщающийся поглотитель (ненакачиваемое активное волокно);

8 - волоконная брэгговская решетка;

9 - элемент Пельтье.

Узкополосный кольцевой волоконный лазер состоит (см. фиг.1) из диода накачки 6, элемента Пельтье 9 и кольцевого однонаправленного резонатора, включающего активное волокно 1, делитель излучения 2, поляризационный циркулятор 5, волоконно-оптический изолятор 4 и спектральный уплотнитель 3 с линейной частью в виде насыщающего поглотителя 7 из ненакачиваемого активного волокна и волоконной брэгговской решетки 8. Активное волокно 1 выполнено с повышенной концентрацией легирующей примеси, например ионов эрбия 0,63 вес.%, а волоконно-оптический изолятор 4 расположен между спектральным уплотнителем 3 и поляризационным циркулятором 5, установленным вместе с делителем излучения 2 с обеспечением встречного направления излучения узкополосного кольцевого волоконного лазера и излучения накачки.

Устройство работает следующим образом.

Накачка активного волокна 1 осуществляется через спектральный уплотнитель 3. Вывод излучения осуществляется с помощью делителя излучения 2. Однонаправленность схемы и снижение взаимодействия поляризационных мод достигается поляризационным циркулятором 5. Распространение излучения накачки и сигнала лазера в разных направлениях обеспечивает выходное лазерное излучение без накачки. Линейная часть резонатора состоит из насыщающего поглотителя 7, выполненного в виде ненакачиваемого активного волокна и глухой брэгговской решетки 8. В насыщающем поглотителе 7 две встречные волны образуют узкополосную динамическую решетку коэффициента поглощения, позволяющую эффективно выделять и фильтровать продольные моды. Полоса пропускания такого фильтра обычно составляет несколько десятков мегагерц и зависит от длины волокна, которая определяется степенью легирования, а резонансная частота соответствует длине волны лазерной генерации. Кроме того, такой насыщающий поглотитель 7 обеспечивает кратковременную стабилизацию длины волны лазерной генерации. С помощью элемента Пельтье 9 осуществляется перестройка длины волны лазерной генерации и термостабилизация брэгговской решетки 8. В предлагаемой оптической схеме изменено направление включения в схему поляризационного циркулятора 5 и делителя излучения 2, при этом изменилось направление распространения лазерного излучения в резонаторе. Лазерное излучение распространяется навстречу излучению накачки, что исключает появление излучения накачки в выходном излучении узкополосного кольцевого волоконного лазера. Распространение лазерного излучения навстречу излучению накачки позволяет убрать изолятор 4 перед делителем излучения 2, как в прототипе. Высокая концентрация ионов эрбия в активном волокне приводит к кластеризации ионов, что способствует возникновению релаксационных колебаний. Релаксационные колебания индуцируются возможным отражением излучения от несогласованных торцов соединенных волокон (одномодовое волокно, соединенное с волокном циркулятора, поддерживающим состояние поляризации). При милливаттном уровне сигнала отраженная мощность составляет несколько микроватт, что достаточно для возбуждения релаксационных колебаний. В предлагаемой оптической схеме для исключения (подавления) релаксационных колебаний волоконно-оптический изолятор 4 расположен между спектральным уплотнителем 3 и поляризационным циркулятором 5.

Заявляемое устройство позволило добиться стабильной генерации лазерного излучения с длиной волны 1.55 мкм, шириной спектра менее 5 кГц, мощностью до 15 мВт, с возможностью перестройки длины волны генерации; существенно уменьшить общую длину резонатора узкополосного кольцевого волоконного лазера (с 29 метров до 6 метров). На фиг.2 и 3 для заявляемого устройства представлены зависимость мощности лазерной генерации от мощности накачки и зависимость длины волны излучения лазера от температуры брэгговской решетки.

Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность осуществления устройства и способность обеспечения достижения усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Узкополосный кольцевой волоконный лазер, состоящий из диода накачки, элемента Пельтье и кольцевого однонаправленного резонатора, содержащего активное волокно, делитель излучения, поляризационный циркулятор, изолятор и спектральный уплотнитель с линейной частью в виде насыщающего поглотителя из ненакачиваемого активного волокна и волоконной брэгговской решетки, отличающийся тем, что активное волокно выполнено из материала с высокой концентрацией легирующей примеси, а изолятор расположен между спектральным уплотнителем и поляризационным циркулятором, который вместе с делителем излучения установлен с обеспечением встречного направления излучения лазера и излучения накачки.



 

Похожие патенты:

Оптический кольцевой резонатор может быть использован в качестве чувствительного элемента оптических гироскопов, в частности микрооптического гироскопа. Оптический кольцевой резонатор содержит не менее трех отражающих поверхностей, взаимное расположение которых обеспечивает циркуляцию света по замкнутому контуру.

Изобретение относится к лазерной технике. .

Изобретение относится к лазерным гироскопам и предназначено для увеличения срока службы трехосного гироскопа. .

Изобретение относится к лазерной технике, в частности к твердотельным импульсным лазерам. .

Изобретение относится к твердотельным лазерным гироскопам, предназначенным для измерения скорости вращения или относительных угловых положений, и используется, в частности, в области аэронавигации.

Изобретение относится к твердотельным лазерным гироскопам, предназначенным для измерения скорости вращения или относительных угловых положений, и может быть использовано, в частности, в области аэронавигации.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при создании мощных лазеров с активной средой, имеющей прямоугольное сечение, например мощных волноводных газовых лазеров с диффузионным охлаждением или слэб-лазеров.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области преобразования параметров вращения в электрический сигнал с помощью гидроскопов, в которых чувствительным элементом служит кольцевой лазер, и может быть использовано, например, в системах навигации.

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к технике газовых лазеров, и может быть использовано при конструировании датчиков лазерных гироскопов. .

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в лазерной гирометрии и измерительной технике. .

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.

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.

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.

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. 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.

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.

Наверх