Генератор суперконтинуума с регулируемой шириной спектра

Полезная модель относится к области лазерной техники и нелинейной оптики, конкретно - к устройствам для управления частотой стимулированного излучения. Генератор суперконтинуума с регулируемой шириной спектра, включает источник лазерных импульсов, выходное излучение которого попадает в отрезок нелинейного оптического волокна, причем в качестве источника лазерных импульсов используется волоконный кольцевой лазер с пассивной синхронизацией мод излучения за счет эффекта нелинейной эволюции поляризации с длиной кольцевого волоконного резонатора менее 100 м, при этом в кольцевой волоконный резонатор включен как минимум один управляемый поляризационно-зависимый элемент фазовой задержки. Техническим результатом является возможность управления шириной спектра суперконтинуума при фиксированном уровне мощности суперконтинуума, и обусловленное этим повышение эффективности использования оптической энергии суперконтинуума в практических приложениях.

Полезная модель относится к области лазерной техники и нелинейной оптики, конкретно - к устройствам для управления частотой стимулированного излучения.

Из существующего уровня техники известны устройства для генерации широкополосного когерентного оптического излучения (суперконтинуума) при пропускании пикосекундных лазерных импульсов с высоким уровнем мощности через различные сорта стекол и кристаллов (R.R. Alfano, S.L. Shapiro. Emission in the region 4000 to 7000 A via four-photon coupling in glass. Phys. Rev. Lett. Vol. 24, pp. 584-587 (1970); R.R. Alfano, S.L. Shapiro. Observation of self-phase modulation and small-scale filaments in crystals and glasses. Phys. Rev. Lett. Vol. 24, pp. 592-594 (1970)). Недостатком данного технического решения является необходимость использования мощной накачки для создания интенсивностей лазерного излучения в среде больше или порядка 10 Вт/см, относительно малая ширина спектра суперконтинуума, а также использование в схеме дискретных (не волоконных) оптических элементов, что обуславливает необходимость настройки и юстировки схемы, использование охлаждения, повышенное энергопотребление и относительно низкий коэффициент полезного действия.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является волоконный генератор суперконтинуума является генератор суперконтинуума, описанный в работе A.K. Abeeluck, С. Headley, Carsten G. Jorgensen. "High-power supercontinuum generation in highly nonlinear, dispersion-shifted fibers by use of a continuous-wave Raman fiber laser." Optics Letters, Vol. 29, Issue 18, pp. 2163-2165 (2004). Генератор суперконтинуума состоит из источника лазерного излучения накачки и высоконелинейного оптического волокна. Источник лазерного излучения накачки генерирует лазерное излучение накачки, которое, проходя через высоконелинейное оптическое волокно испытывает уширение спектра за счет нелинейных оптических процессов, в результате чего на выходе из высоконелинейного оптического волокна генерируется широкополосное излучение суперконтинуума. Изменяя мощность лазерного излучения накачки можно варьировать ширину спектра суперконтинуума в широких пределах.

Недостатком данного технического решения является то, что ширина спектра суперконтинуума не может быть изменена независимо от его мощности. Это ведет к необходимости использования аттенюаторов для регулировки мощности излучения суперконтинуума, что ведет к потерям энергии и ограничению спектральной плотности мощности суперконтинуума, поскольку в описанном устройстве спектральная плотность мощности не может быть увеличена за счет повышения уровня мощности лазерного излучения накачки, так как указанное повышение приведет, помимо роста общей мощности, к увеличению ширины спектра суперконтинуума.

Задачей полезной модели является создание генератора суперконтинуума с регулируемой шириной спектра, позволяющего варьировать ширину спектра суперконтинуума независимо от уровня мощности и обеспечивающего тем самым высокую эффективность использования оптической энергии суперконтинуума в приложениях.

Поставленная задача решается за счет того, что в генераторе суперконтинуума, состоящем из источника лазерных импульсов и присоединенного к его выходу отрезка оптического волокна, в качестве источника лазерных импульсов используется волоконный кольцевой лазер с пассивной синхронизацией мод излучения за счет эффекта нелинейной эволюции поляризации с длиной кольцевого волоконного резонатора менее 100 м, в кольцевой волоконный резонатор которого включен один или несколько управляемых поляризационно-зависимых элементов фазовой задержки.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность управления шириной спектра суперконтинуума при фиксированном уровне мощности суперконтинуума, и обусловленное этим повышение эффективности использования оптической энергии суперконтинуума в практических приложениях.

Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, на которой схематически изображен генератор суперконтинуума с регулируемой шириной спектра.

Генератор суперконтинуума с регулируемой шириной спектра состоит из волоконного кольцевого лазера 1 с пассивной синхронизацией мод излучения за счет эффекта нелинейной эволюции поляризации, волоконный кольцевой резонатор 2 которого включает как минимум один оптический управляемый поляризационно-зависимый элемент фазовой задержки 3 (контроллер поляризации, фазовая пластина или иной управляемый элемент фазовой задержки), и отрезка нелинейного оптического волокна 4, один конец которого соединен с выходом волоконного кольцевого лазера 1, а другой конец отрезка оптического волокна 4 соединен с оптическим волоконным выходом устройства 5.

Устройство работает следующим образом.

Волоконный кольцевой лазер с пассивной синхронизацией мод излучения за счет эффекта нелинейной эволюции поляризации 1 генерирует лазерные импульсы 6, которые проходят через оптическое волокно 4, подсоединенное к выходу волоконного кольцевого лазера 1, испытывая при этом спектральное уширение за счет нелинейно-оптических процессов (включая фазовую самомодуляцию, четырехволновое смешение, вынужденное комбинационное рассеяние). В результате на выходе из оптического волокна 4, подключенного к оптическому выходу 5 устройства, формируется излучение суперконтинуума. Устройство обеспечивает регулировку ширины спектра суперконтинуума на оптическом выходе 5 за счет изменения настроек управляемого поляризационно-зависимого элемента фазовой задержки 3 при фиксированном уровне мощности излучения. Действительно, как известно из существующего уровня техники (S.V. Smirnov, S.M. Kobtsev, S.V. Kukarin. Efficiency of non-linear frequency conversion of double-scale pico-femtosecond pulses of passively mode-locked fiber laser. Optics Express, Vol.22, Issue 1, pp.1058-1064 (2014); S. Kobtsev, S. Kukarin, S. Smirnov, I. Ankudinov. Cascaded SRS of single- and double-scale fiber laser pulses in long extra-cavity fiber. Optics Express, Vol. 22, Issue 17, pp. 20770-20775 (2014)), волоконные кольцевые лазеры с пассивной синхронизацией мод излучения за счет эффекта нелинейной эволюции поляризации с длиной волоконного резонатора менее 100 м позволяют генерировать лазерные импульсы разных типов (одно- и двухмасштабные), а также позволяют варьировать параметры (длительность, степень когерентности) генерируемых лазерных импульсов в зависимости от настроек внутрирезонаторных поляризационно-зависимых элементов фазовой задержки, позволяя существенно (вплоть до порядка величины) изменять эффективность нелинейно-оптических преобразований генерируемых лазерных импульсов и, как следствие, величину спектрального уширения в процессе генерации суперконтинуума.

Генератор суперконтинуума с регулируемой шириной спектра, включающий источник лазерных импульсов, выходное излучение которого попадает в отрезок нелинейного оптического волокна, отличающийся тем, что в качестве источника лазерных импульсов используется волоконный кольцевой лазер с пассивной синхронизацией мод излучения за счёт эффекта нелинейной эволюции поляризации с длиной кольцевого волоконного резонатора менее 100 м, при этом в кольцевой волоконный резонатор включён как минимум один управляемый поляризационно-зависимый элемент фазовой задержки.

РИСУНКИ