Волоконный лазер со стабильной пассивной синхронизацией мод излучения
Полезная модель относится к лазерам - приборам для генерации с использованием стимулирующего излучения когерентных электромагнитных волн. Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность реализации в волоконном лазере стабильной пассивной синхронизации мод, обеспечивающей режим генерации одиночных импульсов со стабильным временным распределением фазы светового поля с частотой следования, соответствующей межмодовому интервалу резонатора лазера. Предложен волоконный лазер со стабильной пассивной синхронизацией мод излучения, содержащий источник накачки и волоконный кольцевой резонатор с суммарной нормальной дисперсией, состоящий из волоконного модуля спектрального сведения, вход накачки которого соединен с источником накачки, сигнальный вход соединен с поляризационно независимым оптическим изолятором, а выход модуля соединен с активным волокном с двойной оболочкой, другой конец активного волокна соединен с первым контроллером поляризации, который соединен другим концом с волоконным ответвителем с поддержкой поляризации для вывода поляризованного излучения лазера из резонатора, а другой конец волоконного ответвителя соединен со вторым контроллером поляризации, соединенного другим концом с поляризационно независимым оптическим изолятором, причем предлагаемый лазер содержит элементы контроля спектра излучения в виде подсоединенного к выходу ответвителя с поддержкой поляризации второго ответвителя, отводящего часть выходного излучения на фотоприемник, соединенный с радиочастотным анализатором спектра излучения.
Полезная модель относится к лазерам - приборам для генерации с использованием стимулирующего излучения когерентных электромагнитных волн.
Из существующего уровня техники известен волоконный лазер с пассивной синхронизаций мод излучения за счет эффекта нелинейной эволюции поляризации излучения в оптоволокне (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)). Режим пассивной синхронизации мод реализуется настройкой контроллеров поляризации, присутствующих в резонаторе волоконного лазера.
Недостатками данного технического решения является то, что в лазере могут реализовываться разные режимы пассивной синхронизации мод, из которых наиболее стабильным по параметрам (средняя и пиковая мощность лазерного излучения, фазовая стабильность от импульса к импульсу) является только один режим - режим генерации одиночных импульсов со стабильным временным распределением фазы поля с частотой следования, соответствующей межмодовому интервалу резонатора лазера. В других менее стабильных по параметрам режимах могут генерироваться импульсы со стохастическим временным распределением фазы поля (S. Smirnov, S. Kobtsev, S. Kukarin, and A. Ivanenko, 
Three key regimes of single pulse generation per round trip of all-normal-dispersion fiber lasers mode-locked with nonlinear polarization rotation, Opt. Express 20, 27447-27453 (2012)), а также могут генерироваться группы импульсов (Ph. Grelu and J. M. Soto-Crespo, "Temporal soliton molecules in mode-locked lasers: collisions, pulsations, and vibrations," Lect. Notes Phys. 751, 137-173 (2008)).
Наиболее близким к заявленному техническому решению является волоконный лазер с пассивной синхронизацией мод излучения, описанный в работе: S.M. Kobtsev, S.V. Kukarin, S.V. Smirnov, Y.S. Fedotov. High energy mode-locked all-fiber laser with ultralong resonator. Laser Physics, v. 20, No. 2, pp. 351-356 (2010)). Волоконный лазер с пассивной синхронизацией мод излучения состоит из источника накачки и волоконного кольцевого резонатора с суммарной нормальной дисперсией, включающего волоконный модуль спектрального сведения, вход накачки которого соединен с источником накачки, сигнальный вход соединен с поляризационно независимым оптическим изолятором, а выход модуля соединен с активным волокном с двойной оболочкой, другой конец активного волокна соединен с первым контроллером поляризации, первый контроллер поляризации соединен другим концом с волоконным ответвителем с поддержкой поляризации для вывода поляризованного излучения лазера из резонатора, а другой конец волоконного ответвителя соединен со вторым контроллером поляризации, соединенным другим концом с поляризационно независимым оптическим изолятором. Оба контроллера поляризации обеспечивают запуск режима синхронизации мод излучения и управление параметрами режима синхронизации мод за счет использования эффекта нелинейной эволюции поляризации излучения. В зависимости от настройки контроллеров поляризации в лазере могут реализовываться различные режимы генерации.
Недостатком данного технического решения является то, что неконтролируемая настройка контроллеров поляризации может приводить к реализации нестабильных режимов генерации, характеризующихся внутриимпульсными флуктуациями интенсивности и фазы светового поля, а также к генерации групп импульсов (несколько импульсов за обход резонатора).
Задачей полезной модели является создание волоконного лазера со стабильной пассивной синхронизацией мод излучения, обеспечивающей режим генерации одиночных импульсов со стабильным временным распределением фазы светового поля с частотой следования, соответствующей межмодовому интервалу резонатора лазера.
Поставленная задача решается за счет того, что в волоконном лазере, содержащем источник накачки и волоконный кольцевой резонатор с суммарной нормальной дисперсией, состоящий из волоконного модуля спектрального сведения, вход накачки которого соединен с источником накачки, сигнальный вход соединен с поляризационно независимым оптическим изолятором, а выход модуля соединен с активным волокном с двойной оболочкой, другой конец активного волокна соединен с первым контроллером поляризации, первый контроллер поляризации соединен другим концом с волоконным ответвителем с поддержкой поляризации для вывода поляризованного излучения лазера из резонатора, а другой конец волоконного ответвителя соединен со вторым контроллером поляризации, соединенного другим концом с поляризационно независимым оптическим изолятором, оба контроллера поляризации обеспечивают запуск режима синхронизации мод излучения и управление параметрами режима синхронизации мод, согласно предлагаемому техническому решению лазер содержит элементы контроля спектра излучения в виде подсоединенному к выводу ответвителя с поддержкой поляризации второго ответвителя, отводящего часть выходного излучения лазера на фотоприемник, соединенный с радиочастотным анализатором спектра излучения Введение элементов контроля позволяет реализовать режим синхронизации мод излучения при настройке контроллеров поляризации, соответствующей наибольшему соотношению сигнал/шум в радиочастотном спектре излучения лазера, не содержащем побочные линии на частотах, некратных частоте межмодового интервала резонатора лазера.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность реализации в волоконном лазере стабильной пассивной синхронизации мод, обеспечивающей режим генерации одиночных импульсов со стабильным временным распределением фазы светового поля с частотой следования, соответствующей межмодовому интервалу резонатора лазера.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, на которой схематически изображен волоконный лазер со стабильной пассивной синхронизацией мод излучения. Волоконный лазер со стабильной пассивной синхронизацией мод излучения состоит из источника накачки 1 и волоконного кольцевого резонатора с суммарной нормальной дисперсией, включающего волоконный модуль спектрального сведения 2, поляризационно независимый оптический изолятор 3, активное волокно с двойной оболочкой 4, первый контроллер поляризации 5, волоконный ответвитель с поддержкой поляризации 6, второй контроллер поляризации 7. Контроль радиочастотного спектра излучения лазера осуществляется с помощью радиочастотного анализатора спектра 10, сигнал на который подается с фотоприемника 9, регистрирующего малую часть выходного излучения лазера, отводимого на фотоприемник ответвителем 8.
Устройство работает следующим образом.
Излучение накачки, генерируемое источником 1 оптического излучения накачки, через волоконный модуль спектрального сведения 2 попадает во внутреннюю оболочку активного волокна с двойной оболочкой 4 и в центральную светопроводящую жилу активного волокна, переводя активную среду лазера в активное состояние; генерация лазера осуществляется в кольцевом резонаторе, однонаправленный режим генерации обеспечивается поляризационно независимым оптическим изолятором 3; вывод поляризованного излучения 11 из резонатора производится волоконным ответвителем 6 с поддержкой поляризации излучения; использование контроллеров поляризации 5 и 7 позволяет осуществить оптимальную настройку режима синхронизации мод излучения с помощью контроля радиочастотного спектра излучения лазера. Отвод излучения для этого контроля осуществляется ответвителем 8, который отводит малую часть выходного излучения (0,5-1%) на фотоприемник 9, с которого сигнал поступает на радиочастотный анализатор спектра 10. Режим синхронизации мод излучения реализуется при настройке контроллеров поляризации 5 и 7, соответствующей наибольшему соотношению сигнал/шум в радиочастотном спектре излучения лазера, не содержащем побочные линии на частотах, некратных частоте межмодового интервала резонатора лазера. Появление побочных линий на частотах, некратных частоте межмодового интервала резонатора лазера, означает генерацию лазером нескольких импульсов за обход резонатора. Соотношение сигнал/шум чистого (без побочных линий) радиочастотного спектра лазера максимально для наиболее стабильного режима синхронизации мод излучения.
Волоконный лазер со стабильной пассивной синхронизацией мод излучения, содержащий источник накачки и волоконный кольцевой резонатор с суммарной нормальной дисперсией, состоящий из волоконного модуля спектрального сведения, вход накачки которого соединен с источником накачки, сигнальный вход соединен с поляризационно независимым оптическим изолятором, а выход модуля соединен с активным волокном с двойной оболочкой, другой конец активного волокна соединен с первым контроллером поляризации, который соединен другим концом с волоконным ответвителем с поддержкой поляризации для вывода поляризованного излучения лазера из резонатора, а другой конец волоконного ответвителя соединен со вторым контроллером поляризации, соединенного другим концом с поляризационно независимым оптическим изолятором, отличающийся тем, что лазер содержит элементы контроля спектра излучения в виде подсоединенного к выходу ответвителя с поддержкой поляризации второго ответвителя, отводящего часть выходного излучения на фотоприемник, соединенный с радиочастотным анализатором спектра излучения.
