Эрбиевый волоконный лазер с самомодуляцией добротности

 

Полезная модель относится к лазерной технике, в частности к волоконным лазерам, генерирующим на длине волны 1,58 мкм.

Эрбиевый волоконный лазер с самомодуляцией добротности состоящий из полупроводникового лазера с длиной волны 0,975 мкм в качестве источника накачки, лазерного резонатора, образованного с одной стороны дифракционной решеткой, отражающей излучение с длиной волны 1,58 мкм, и, с другой стороны, свободным отражающим концом волокна, содержащего активное волокно легированное ионами эрбия (Er3+) и насыщающийся поглотитель. При этом, в качестве насыщающего поглотителя используется волокно сильно легированное ионами туллия (Tm3+), а накачка производится в оболочку активного волокна с увеличенным диаметром сердцевины.

Технический результат заключается в том, что накачка в оболочку активного волокна с увеличенной сердцевиной позволяет повысить мощность накачки до 10 Вт и увеличить энергию генерируемых лазером импульсов до 0,35 мДж и пиковую мощность до 3,5 кВт. Длительность импульса при этом составляет около 100 нc.

Полезная модель относится к лазерной технике, в частности к волоконным лазерам, генерирующим на длине волны 1,58 мкм.

Использование лазеров на основе оптических резонаторов с самомодуляцией добротности позволяет повысить энергию лазерного импульса, что является необходимым во многих приложениях лазерной техники, например, таких как обработка материалов, передача данных, медицина и т.п. Одной из возможностей создать полностью волоконный лазер с самомодуляцией добротности является введение в резонатор в качестве насыщающегося поглотителя дополнительного волокна с резонансными потерями на генерируемой длине волны. Известны волоконные лазеры с использованием волокна легированного Zr, как поглотителя для активного волокна легированного Nd (L. Tordella, H. Djellout, В. Dussardier, A. Saissy, and G. Monnom, Electron. Lett. 39, 1307 (2003)), с использованием волокна легированного Ho, как поглотителя для активного волокна легированного Yb (A.S.Kurkov, E.M.Sholokhov, and O.I.Medvedkov, Laser Phys. Lett. 6, 135 (2009)).

Волоконные лазеры с активным волокном легированным Er3+ особенно перспективны для медицинских применений, вследствие того, что их излучение (длина волны 1,58 мкм) безопасно для глаз и находится в диапазоне относительно высокого поглощения биологическими тканями. Известны эрбиевые волоконные лазеры с самомодуляцией добротности, в которых используются объемные кристаллические насыщающиеся поглотители (Patent US 2006/0007965 A1, Tankovich et al.). В работе (T.-Y. Tsai, Y.-C. Fang, and S.-H. Hung, Opt. Express 18, 10049 (2010)) предложен цельноволоконный лазер с активным волокном легированным Er3+ и насыщающимся поглотителем - волокном, легированным Tm3+, принцип работы которого основан на том, что спектр поглощения иона Tm 3+ при переходе с уровня 3H6 на уровень 3F4 лежит в диапазоне длин волн от 1,5 мкм до 1,9 мкм и содержит внутри линию излучения Er3+ - 1,58 мкм. Импульсы полученного лазера обладают длительностью 420 нс и энергией 9 мкДж. Недостатком этого лазера является недостаточная мощность накачки, ограниченная 220 мВт из-за того, что применяется накачка в сердцевину активного волокна.

Для устранения указанного недостатка предложена данная полезная модель.

Основной целью данной полезной модели является реализация схемы полностью волоконного эрбиевого лазера с самомодуляцией добротности с использованием в качестве насыщающегося поглотителя волокна сильно легированного Tm3+ с мощной накачкой активного волокна.

Технический результат: повышение мощности накачки активного волокна до 10 Вт и мощности генерации эрбиевого лазера на длине волны 1,58 мкм. Технический результат достигается за счет накачки в оболочку активного волокна с увеличенным диаметром сердцевины.

Схема лазера приведена на фиг.1. В качестве источника накачки используется полупроводниковый лазер с длиной волны 0,975 мкм. Активной средой является GTWave волокно легированное Er3+, с алюмосиликатной сердцевиной диаметром 20 мкм. В работе (A.S.Kurkov, V.M.Paramonov, M.V.Yashkov, S.E.Goncharov, and I.D.Zaievskii, Quantum Electron. 37, 343 (2007)) было показано, что увеличение диаметра сердцевины повышает эффективность генерации в волокне с двойной оболочкой, легированном эрбием. Волокно этого типа используется как в лазерах непрерывной генерации, так и в высокомощных импульсных фемтосекундных лазерах (A.V.Ivanenko, S.M.Kobtsev, S.V.Kukarin, and A.S.Kurkov, Laser Phys. 20, 341 (2010)). Концентрация ионов Er3+ в сердцевине используемого активного волокна в данной полезной модели составляет 3,2×10 19 см-3. Длина активного волокна в резонаторе составляет 8 м, что соответствует поглощению накачки 8 dB на длине волны 0,975 мкм, при накачке в оболочку активного волокна. Накачка осуществлялась полупроводниковым лазером с длиной волны 0,975 мкм и мощностью до 10 Вт. Лазерный резонатор образован высокоотражающей дифракционной решеткой записанной в германосиликатном SMF-28 волокне (отражение на длине волны 1,58 мкм) и свободным отражающим концом волокна. Между дифракционной решеткой и активным волокном, легированным Er3+, помещается волокно легированное Tm3+. Концентрация ионов Tm3+ составляет 2×1020 см-3. Длина поглощающего волокна - 6 см, что соответствует поглощению 10 dB на длине волны 1,58 мкм.

Без поглощающего легированного Tm3+ волокна наблюдается непрерывная генерация на длине волны 1,58 мкм с максимальной мощностью 1 Вт при мощности накачки до 10 Вт. Низкая эффективность вызвана потерями в контакте из-за несовпадения диаметров активного волокна и дифракционной решетке на SMF-28 волокне. При установке волокна, легированного Tm3+ , получаем импульсную генерацию. Получаемая последовательность импульсов показана на фиг.2.

На фиг.3 показана форма отдельного импульса. Можно видеть, что импульс имеет длительность около 100 нс, что меньше чем у всех известных волоконных лазеров с волоконным насыщающимся поглотителем.

На фиг.4 показан график зависимости выходной мощности от мощности накачки. Несмотря на то, что эффективность генерации не очень высока (12%), вследствие низкой частоты повторения импульсов и короткой их длительности, отдельный импульс обладает высокой энергией - 0,35 мДж и пиковой мощностью - 3,5 кВт.

Эрбиевый лазер с самомодуляцией добротности, состоящий из полупроводникового лазера с длиной волны 0,975 мкм в качестве источника накачки, лазерного резонатора, образованного с одной стороны дифракционной решеткой, отражающей излучение с длиной волны 1,58 мкм и с другой стороны свободным отражающим концом волокна, содержащего активное волокно, легированное ионами эрбия (Еr3+), и насыщающийся поглотитель, отличающийся тем, что в качестве насыщающего поглотителя используется волокно, сильно легированное ионами туллия (Тm3+), а накачка производится в оболочку активного волокна с диаметром сердцевины, увеличенным до 20 мкм.



 

Похожие патенты:

Предлагаемое техническое решение относится к области лазерной техники, а именно к моноблочным кольцевым лазерам и может быть использовано при создании лазерных гироскопов.

Изобретение относится к области клинической лазерной медицины и может быть использовано при проведении трансмиокардиальной лазерной реваскуляризации миокарда (ТМЛР), как самостоятельно, так и в сочетании с аортокоронарным шунтированием (АКШ)

Полезная модель относится к лазерной технике, в частности, к импульсным твердотельным лазерам, работающим в режиме модуляции добротности резонатора

Эффективность снижения шума выпуска маломощных высокооборотных двигателей внутреннего сгорания снегоходов Буран - цель этой настроенной выхлопной резонансной системы.
Наверх