Способ пассивной синхронизации мод излучения в лазере сверхкоротких импульсов с цельноволоконным оптическим резонатором

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 лазерам - приборам для генерации с использованием стимулирующего излучения когерентных электромагнитных волн.

Уровень техники

Волоконные лазеры сверхкоротких импульсов играют ключевую роль в области фотоники, спектроскопии, биомедицины, оптических телекоммуникаций. Волоконные лазеры сверхкоротких импульсов служат для генерации импульсного оптического излучения, используемого для микро- и нанообработки поверхностей, записи компонент фотоники в прозрачных средах, выполнения прецизионных разрезов оболочек глаза в офтальмологии, в качестве носителя информации в оптических линиях связи и оптического возбуждения для генерации суперконтинуума. Широта области применений сверхкоротких импульсов обуславливает актуальность задачи усовершенствования устройств и способов для их генерации.

Известен способ пассивной синхронизации мод излучения в волоконном лазере за счет эффекта нелинейной эволюции поляризации излучения в оптоволокне (ст.: M.E. Fermann, M.J. Andrejco, Y. Silberberg and M.L. Stock. Passive mode locking by using nonlinear polarization evolution in a polarization-maintaining erbium-doped fiber. Optics Letters, Vol.18, Issue 11, pp.894-896 (1993) [1]). Режим пассивной синхронизации мод достигается настройкой волоконных контроллеров поляризации, используемых в резонаторе волоконного лазера в качестве двулучепреломляющих элементов фазовой задержки. Недостатками данного технического решения является то, что данный способ пассивной синхронизации мод в лазере основан на использовании в конструкции лазера в качестве двулучепреломляющих элементов фазовой задержки контроллеров поляризации, основанных на механической деформации волокна. Вносимые контроллерами поляризации фазовые задержки с течением времени могут изменяться вследствие пластических деформаций оптического волокна, что приводит к выходу лазера из заданного режима генерации и необходимости его подстройки и технического обслуживания высококвалифицированными специалистами, что сопряжено со значительными затратами времени и материальных ресурсов.

Известен способ пассивной синхронизации мод в гибридном лазере, оптический резонатор которого включает отрезки оптического волокна и дискретные оптические элементы - двулучепреломляющие фазовые пластинки, вносящие относительную фазовую задержку между двумя компонентами поляризации внутрирезонаторного лазерного излучения (ст.: М.Е. Fermann, L.-М. Yang, M.J. Andrejco, and M.L. Stock, "Environmentally stable Kerr-type mode-locked erbium fiber laser producing 360-fs pulses," Optics Letters, Vol.19, Issue 1, pp.43-45 (1994) [2]). Режим пассивной синхронизации мод в таком лазере достигается настройкой углов ориентации одной или нескольких двулучепреломляющих пластинок, используемых в резонаторе лазера в качестве двулучепреломляющих элементов фазовой задержки. Недостатком данного технического решения является то, что указанный способ пассивной синхронизации мод в лазере основан на использовании в конструкции лазера в качестве двулучепреломляющих элементов фазовой задержки двух и более дискретных объемных (не волоконных) элементов, требующих сложной прецизионной юстировки и настройки как перед первым запуском лазера, так и после транспортировки лазера от завода-изготовителя до конечного потребителя (пользователя), что требует участия высококвалифицированных специалистов и сопряжено со значительными затратами времени и материальных ресурсов.

Наиболее близким аналогом-прототипом предлагаемому изобретению является способ пассивной синхронизации мод в волоконном лазере, описанный в ст.: D. Radnatarov, S. Khripunov, S. Kobtsev, A. Ivanenko, S. Kukarin. "Automatic electronic-controlled mode locking self-start in fibre lasers with non-linear polarisation evolution." Optics Express, Vol.21, Issue 18, pp.20626-20631 (2013) [3]). Известный из указанной работы способ пассивной синхронизации мод излучения основан на эффекте нелинейной эволюции поляризации излучения в оптическом волокне резонатора, запуск режима синхронизации мод излучения и управление параметрами режима осуществляются изменением электрического напряжения, прикладываемого к жидкокристаллическому поляризационному элементу фазовой задержки и регулировкой мощности источника накачки. В зависимости от указанных двух параметров настройки в лазере могут реализовываться различные режимы генерации.

Недостатком прототипа является то, что указанный способ пассивной синхронизации мод в лазере основан на использовании в конструкции лазера в качестве двулучепреломляющего элемента фазовой задержки как минимум одного дискретного жидкокристаллического элемента фазовой задержки, что обуславливает необходимость точного сопряжения указанного дискретного элемента с оптическим волокном, прецизионной юстировки и настройки лазера при сборке и после транспортировки. Еще одним недостатком указанного способа пассивной синхронизации мод, также связанным с необходимостью использования в схеме лазера жидкокристаллического элемента фазовой задержки, является сложность в изготовлении жидкокристаллического элемента фазовой задержки и его высокая рыночная стоимость, что определяет высокую стоимость лазера в целом при использовании данного способа пассивной синхронизации мод.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание способа стабильной пассивной синхронизации мод излучения, обеспечивающего режим генерации одиночных сверхкоротких оптических импульсов с высокой эффективностью преобразования энергии оптической накачки в энергию генерируемых импульсов, допускающего использование надежной конструкции лазера, не требующей технического обслуживания в процессе эксплуатации и транспортировки.

Сущность изобретения

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе пассивной синхронизации мод излучения в волоконном лазере сверхкоротких импульсов за счет эффекта нелинейной эволюции поляризации в оптическом волокне кольцевого лазерного резонатора, согласно изобретению запуск режима синхронизации мод излучения и управление параметрами режима синхронизации мод осуществляют в процессе укладки оптических волокон при сборке лазера за счет скруток и изгибов оптических волокон, выполняющих функцию двулучепреломляющих элементов фазовой задержки, сохранение параметров выбранного режима синхронизации мод в процессе эксплуатации и транспортировки обеспечивается системой механической фиксации оптического волокна.

Описание предлагаемого способа пассивной синхронизации мод излучения в волоконном кольцевом лазере сверхкоротких импульсов поясняется фиг. 1: схема волоконного кольцевого лазера сверхкоротких импульсов для реализации способа пассивной синхронизации мод излучения.

На фиг.1 обозначено: 1 - источник накачки, 2 - волоконный модуль спектрального сведения, 3 - поляризационно независимый оптический изолятор, 4 - активное волокно, 5 - пассивное волокно, 6 - волоконный ответвитель с поддержкой поляризации, 7 - система механической фиксации оптического волокна, 8 - оптический выход лазера.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения - работоспособность способа

К оптическому выходу 8 лазера подключают осциллограф и анализатор оптического спектра, после чего одно или несколько оптических волокон лазерного резонатора укладывают витками 4, 5 с образованием сгибов и скруток, не нарушающих целостности оптического волокна и не препятствующих распространению по оптическому волокну оптического излучения, создающих двулучепреломление и относительную фазовую задержку компонент поляризации, достаточную для запуска режима пассивной синхронизации мод за счет эффекта нелинейной эволюции поляризации. Скрутку и изгиб волокна контролируют при помощи осциллографа и анализатора оптического спектра, подключенных к оптическому выходу 8 лазера, путем поиска такого способа укладки волокна, при котором достигается осциллограмма выходного излучения в виде последовательности сверхкоротких импульсов, а оптический спектр имеет П-образную форму. После укладки оптическое волокно фиксируют с помощью системы механической фиксации оптического волокна 7, включающей набор крепежных элементов и/или заливку волоконного резонатора отвердевающим заполнителем, предотвращающей изменение изгибов и скруток оптического волокна и вносимого ими двулучепреломления и препятствует выходу лазера из заданного при сборке лазера режима генерации в процессе работы и транспортировки лазера.

Предложенный способ пассивной синхронизации мод излучения может быть реализован в полностью волоконных оптических резонаторах, не содержащих дискретных оптических элементов, что позволяет создавать на основе данного способа лазеры с высокой эффективностью преобразования энергии оптической накачки в энергию генерируемых импульсов.

Таким образом, предлагаемое изобретение является способом стабильной пассивной синхронизации мод излучения, обеспечивающего режим генерации сверхкоротких оптических импульсов с высокой эффективностью преобразования энергии оптической накачки в энергию генерируемых импульсов, допускающего использование надежной конструкции лазера, не требующей технического обслуживания в процессе эксплуатации и транспортировки.

Источники информации

1. Optics Letters. - 1993. - Vol.18. - No 11. - P.894-896.

2. Optics Letters. - 1994. - Vol.19. - No 1. - P.43-45.

3. Optics Express. - 2013. - Vol.21. - No 18. - P.20626-20631.

Способ пассивной синхронизации мод излучения в лазере сверхкоротких импульсов с цельноволоконным оптическим резонатором за счет эффекта нелинейной эволюции поляризации в оптическом волокне кольцевого лазерного резонатора, отличающийся тем, что запуск режима синхронизации мод излучения и управление параметрами режима синхронизации мод осуществляют в процессе укладки оптических волокон при сборке лазера за счет скруток и изгибов оптических волокон, выполняющих функцию двулучепреломляющих элементов фазовой задержки, после чего осуществляют механическую фиксацию оптического волокна, обеспечивающую сохранение параметров выбранного режима синхронизации мод в процессе эксплуатации и транспортировки.



 

Похожие патенты:

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.

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. 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