RU2816557C1 - Compact single-frequency linearly polarized fibre radiation source (versions) - Google Patents
Compact single-frequency linearly polarized fibre radiation source (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2816557C1 RU2816557C1 RU2023127819A RU2023127819A RU2816557C1 RU 2816557 C1 RU2816557 C1 RU 2816557C1 RU 2023127819 A RU2023127819 A RU 2023127819A RU 2023127819 A RU2023127819 A RU 2023127819A RU 2816557 C1 RU2816557 C1 RU 2816557C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- polarization
- optical
- optical fiber
- fiber
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 83
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 78
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 62
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 62
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 40
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000012212 insulator Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 9
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 6
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 3
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- KWMNWMQPPKKDII-UHFFFAOYSA-N erbium ytterbium Chemical compound [Er].[Yb] KWMNWMQPPKKDII-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJZYNXUDTRRSPN-UHFFFAOYSA-N holmium atom Chemical compound [Ho] KJZYNXUDTRRSPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к одночастотным линейно-поляризованным волоконным лазерам с распределенной обратной связью, которые могут найти применение в спектроскопии, волоконно-оптической связи, в лазерной локации, в области волоконных датчиков, как в виде источников излучения, так и в качестве чувствительных элементов.The invention relates to the field of optical instrumentation, namely to single-frequency linearly polarized fiber lasers with distributed feedback, which can find application in spectroscopy, fiber-optic communications, laser ranging, in the field of fiber sensors, both in the form of radiation sources and as sensitive elements.
Известно техническое решение для реализации одночастотного волоконного лазера на основе эрбиевого световода, представленное в статье (Loh W. H., Laming R. I. 1.55 μm phase-shifted distributed feedback fibre laser // Electr. Lett. - 1995. - Vol. 31, no. 17. - Pp. 1440-1442). В качестве резонатора использовалась волоконная брэгговская решётка (ВБР) с фазовым сдвигом, изготовленная в эрбиевом световоде длиной в 10 см. Была продемонстрирована генерация на длине волны 1550 нм с шириной линии 13 кГц. Выходная мощность составила 1,2 мВт при 120 мВт накачки.There is a known technical solution for the implementation of a single-frequency fiber laser based on an erbium light guide, presented in the article (Loh W. H., Laming R. I. 1.55 μm phase-shifted distributed feedback fiber laser // Electr. Lett. - 1995. - Vol. 31, no. 17. - pp. 1440-1442). A phase-shifted fiber Bragg grating (FBG) fabricated in an erbium fiber 10 cm long was used as a resonator. Generation at a wavelength of 1550 nm with a linewidth of 13 kHz was demonstrated. The output power was 1.2 mW at 120 mW pump.
Недостатком данного технического решения является неоптимальное использование остаточной накачки: для усиления использовался низколегированный световод малой длины. Таким образом, большая часть накачки проходило через световод не поглотившись, что привело к низкой выходной мощности сигнала. Также из-за неизбежного двулучепреломления в волокне (порядка 10−6) возникает генерация двух ортогональных поляризационных мод, что также представлено в работе.The disadvantage of this technical solution is the non-optimal use of residual pumping: a low-doped short-length fiber was used for amplification. Thus, most of the pump energy passed through the light guide without being absorbed, resulting in a low signal output power. Also, due to the inevitable birefringence in the fiber (of the order of 10−6 ), the generation of two orthogonal polarization modes occurs, which is also presented in the work.
Известно техническое решение для реализации одночастотного волоконного лазера на основе эрбиевого световода, представленное в работе (Bartolo R. E., Cranch G. A., Kirkendall C. K. The nature of the polarization beat frequency as a function of twist for DFB fiber lasers // Advances in Fiber Lasers (Photonics West 2003: High-Power Lasers and Applications, 27 Jan 2003 San Jose, CA, USA) / Ed. by L. N. Durvasula. - Vol. 4974 of Proc. SPIE. - SPIE, 2003. - Pp. 96-105.) В данной работе проводилось исследование подавления поляризационных мод за счёт скручивания волокна вокруг продольной оси. Было показано, что величина сигнала биения поляризационных мод монотонно уменьшается в зависимости от угла поворота. Для углов менее 700 градусов на длине 20 см, величина сигнала может быть подавлена на величину более чем в 100 раз.There is a known technical solution for the implementation of a single-frequency fiber laser based on an erbium light guide, presented in the work (Bartolo R. E., Cranch G. A., Kirkendall C. K. The nature of the polarization beat frequency as a function of twist for DFB fiber lasers // Advances in Fiber Lasers (Photonics West 2003: High-Power Lasers and Applications, 27 Jan 2003 San Jose, CA, USA) / Ed. by L. N. Durvasula. - Vol. 4974 of Proc. SPIE. - SPIE, 2003. - Pp. 96-105.) In this The work investigated the suppression of polarization modes due to fiber twisting around the longitudinal axis. It was shown that the magnitude of the polarization mode beat signal decreases monotonically as a function of the rotation angle. For angles less than 700 degrees over a length of 20 cm, the signal magnitude can be suppressed by a factor of more than 100.
Недостатком данного технического решения является негативное воздействие на волоконный световод, способное приводить к поломке резонатора. Также использование дополнительных конструктивов для кручения и фиксации волоконного световода значительно усложняют конфигурацию лазера, а также данные манипуляции приводят к разрыву волокна-поломке резонатора.The disadvantage of this technical solution is the negative impact on the optical fiber, which can lead to damage to the resonator. Also, the use of additional structures for twisting and fixing the fiber light guide significantly complicates the laser configuration, and these manipulations also lead to fiber rupture and failure of the resonator.
Известно техническое решение для реализации одночастотного волоконного лазера на основе 9 см отрезка иттербиевого световода, представленное в статье (Babin S A, Churkin D V, Ismagulov A E, Kablukov S I and Nikulin M A Single frequency single polarization DFB fiber laser 2007 Laser Phys. Lett. 4 428-32). В качестве резонатора использовалась 4 см ВБР с фазовым сдвигом. Из-за неравномерного поглощения накачки в иттербиевом световоде происходит чирпирование ВБР. Данный эффект возникает при мощности значительно выше мощности накачки, который приводит к уменьшению коэффициента отражения и отсутствию генерации для одной из поляризационных мод.A technical solution for implementing a single-frequency fiber laser based on a 9 cm piece of ytterbium fiber laser is known, presented in the article (Babin S A, Churkin D V, Ismagulov A E, Kablukov S I and Nikulin M A Single frequency single polarization DFB fiber laser 2007 Laser Phys. Lett. 4 428- 32). A 4 cm FBG with a phase shift was used as a resonator. Due to uneven pump absorption in the ytterbium fiber, chirping of the FBG occurs. This effect occurs at a power significantly higher than the pump power, which leads to a decrease in the reflection coefficient and the absence of lasing for one of the polarization modes.
Недостатком данного технического решения является достижение генерации для одной поляризационной моды только в определенном режиме - когда значение накачки много больше порогового. При термостабилизации такой системы будет возникать генерация двух ортогональных поляризационных мод.The disadvantage of this technical solution is that lasing for one polarization mode is achieved only in a certain mode - when the pump value is much greater than the threshold. When such a system is thermally stabilized, the generation of two orthogonal polarization modes will occur.
Известно техническое решение для реализации одночастотного волоконного лазера на основе эрбий-иттербиевого волокна, представленное в работе (Ibsen M., Rønnekleiv E., Cowle G. J. et al. Robust high power ( > 20 mW) all-fibre DFB lasers with unidirectional and truly single polarisation outputs // Conf. on Lasers and Electro-Optics (CLEO 1999), 23-28 May 1999, Baltimore, MD, USA. - 1999. - Pp. 245-246. - Paper CWE4.) В качестве резонатора использовалась 5 см ВБР с фазовым сдвигом, сила которой отличалась для двух поляризаций. Данный эффект достигался за счет того, что поляризация пучка ультрафиолетового (УФ) лазера, используемого для изготовления структуры ВБР, была перпендикулярно ориентирована относительно оси волокна. Таким образом, в направлении для одной из осей значение наведенного показателя преломления было больше, что соответственно сказывалось на силе ВБР для одной из поляризаций. Была продемонстрирована генерация с одной поляризационной модой на длине волны 1550 нм. Выходная мощность составила 20 мВт при мощности накачки 110 мВт на длине волны 980 нм.There is a known technical solution for the implementation of a single-frequency fiber laser based on erbium-ytterbium fiber, presented in the work (Ibsen M., Rønnekleiv E., Cowle G. J. et al. Robust high power (> 20 mW) all-fibre DFB lasers with unidirectional and truly single polarization outputs // Conf. on Lasers and Electro-Optics (CLEO 1999), 23-28 May 1999, Baltimore, MD, USA. - 1999. - Pp. 245-246. - Paper CWE4.) 5 cm was used as a resonator FBG with a phase shift, the strength of which was different for the two polarizations. This effect was achieved due to the fact that the polarization of the ultraviolet (UV) laser beam used to manufacture the FBG structure was perpendicular to the fiber axis. Thus, in the direction for one of the axes the value of the induced refractive index was greater, which accordingly affected the FBG strength for one of the polarizations. Lasing with a single polarization mode at a wavelength of 1550 nm was demonstrated. The output power was 20 mW with a pump power of 110 mW at a wavelength of 980 nm.
Недостатком данного технического решения является сложность расположения световода при изготовлении структуры, так как необходимы дополнительные метки чтобы определить направление поляризации лазера и более прецизионные компоненты для точной фиксации световода, что значительно усложняет процесс изготовления резонатора.The disadvantage of this technical solution is the complexity of the location of the light guide during the manufacture of the structure, since additional marks are required to determine the direction of laser polarization and more precision components for precise fixation of the light guide, which significantly complicates the process of manufacturing the resonator.
Известно техническое решение для реализации одночастотного волоконного лазера на основе эрбиевого волокна, представленное в статье (Skvortsov, M. I. et al. Distributed feedback fiber laser based on a fiber Bragg grating inscribed using the femtosecond point-by-point technique. Laser Phys. Lett. 15, 35103 (2018)), выбранная в качестве прототипа. В данной работе резонатора в виде 3,2 см ВБР с фазовым сдвигом был изготовлен в эрбиевом световоде с применением фемтосекундной (фс) методики записи. Полученная ВБР имеет различную силу для поляризационных компонент, ввиду особенностей фемтосекундной методики. Относительно сильное двулучепреломление (10-5- 10-4) свойственно структурам, изготовленным с применением фемтосекундной методики, что в свою очередь сказывается на селекции поляризационных мод. Была продемонстрирована генерация на длине волны 1550 нм с шириной линии 17 кГц. Выходная мощность составила 700 мкВт при мощности накачки 525 мВт на длине волны 976 нм. Во всём диапазоне накачки наблюдалась генерация единственной поляризационной моды.A known technical solution for implementing a single-frequency fiber laser based on erbium fiber is presented in the article (Skvortsov, MI et al. Distributed feedback fiber laser based on a fiber Bragg grating inscribed using the femtosecond point-by-point technique. Laser Phys. Lett. 15 , 35103 (2018)), chosen as a prototype. In this work, a resonator in the form of a 3.2 cm phase-shifted FBG was fabricated in an erbium fiber using a femtosecond (fs) recording technique. The resulting FBG has different strengths for the polarization components due to the features of the femtosecond technique. Relatively strong birefringence (10 -5 - 10 -4 ) is characteristic of structures fabricated using the femtosecond technique, which in turn affects the selection of polarization modes. Lasing at a wavelength of 1550 nm with a linewidth of 17 kHz was demonstrated. The output power was 700 μW with a pump power of 525 mW at a wavelength of 976 nm. Generation of a single polarization mode was observed over the entire pump range.
Недостатком данного технического решения является неоптимальное использование остаточной накачки: в конфигурации не используется волокно для предусиления или дополнительных оптических компонент, чтобы использовать остаточную накачку для усиления. Большая часть накачки проходило через световод не поглотившись, что привело к низкой выходной мощности сигнала.The disadvantage of this technical solution is the suboptimal use of residual pump: the configuration does not use fiber for preamplification or additional optical components to use residual pump for amplification. Most of the pump energy passed through the light guide without being absorbed, resulting in a low signal output power.
Перед авторами ставилась задача разработать компактный одночастотный линейно-поляризованный волоконный источник излучения на основе волоконной брэгговской решетки с фазовым сдвигом, изготовленной в активном оптическом световоде, не сохраняющем поляризацию.The authors were tasked with developing a compact single-frequency linearly polarized fiber radiation source based on a phase-shifted fiber Bragg grating fabricated in an active optical fiber that does not maintain polarization.
Поставленная задача решается тем, что по первому варианту в компактный одночастотный линейно-поляризованный волоконный источник излучения который содержит последовательно соединенные полупроводниковый источник накачки оптического излучения с оптическим волоконным выходом, первый спектрально-селективный разветвитель, который выполнен на основе оптического волокна с сохранением поляризации, резонатор, активный оптический световод, выполненный на основе оптического волокна с сохранением поляризации, оптический изолятор на основе волокна с сохранением поляризации, выполненный без блокировки одной поляризационной оси оптического излучения, выходной коннектор дополнительно включен второй спектрально-селективный разветвитель, который расположен после резонатора и выполнен без блокировки одной поляризационной оси оптического излучения на основе оптического волокна с сохранением поляризации с возможностью заведения в активный оптический световод остаточного оптического излучения полупроводникового источника накачки оптического излучения с оптическим волоконным выходом из первого спектрально-селективного разветвителя, а резонатор выполнен в активном оптическом световоде без сохранения поляризации излучения на основе волоконной брэгговской решетки с фазовым сдвигом посредством импульсного излучения фемтосекундного лазера в оптическом волокне.The problem is solved by the fact that according to the first option, a compact single-frequency linearly polarized fiber radiation source which contains a series-connected semiconductor optical radiation pump source with an optical fiber output, a first spectral-selective splitter, which is made on the basis of an optical fiber with preservation of polarization, a resonator, an active optical light guide made on the basis of an optical fiber with preservation of polarization, an optical isolator based on a fiber with preservation of polarization, made without blocking one polarization axis of optical radiation, the output connector additionally includes a second spectral-selective splitter, which is located after the resonator and is made without blocking one polarization axis of optical radiation based on optical fiber with preservation of polarization with the possibility of introducing residual optical radiation of a semiconductor optical radiation pump source with an optical fiber output from the first spectral-selective splitter into an active optical fiber, and the resonator is made in an active optical fiber without maintaining polarization of radiation based on phase-shifted fiber Bragg grating using pulsed femtosecond laser radiation in an optical fiber.
По второму варианту в компактный одночастотный линейно-поляризованный волоконный источник излучения, который содержит последовательно соединенные полупроводниковый источник накачки оптического излучения с оптическим волоконным выходом, первый спектрально-селективный разветвитель, который выполнен на основе оптического волокна с сохранением поляризации, резонатор, активный оптический световод, выполненный на основе оптического волокна с сохранением поляризации, оптический изолятор на основе волокна с сохранением поляризации, выходной коннектор дополнительно включен второй спектрально-селективный разветвителем, который расположен после резонатора и выполнен с блокировкой одной поляризационной оси оптического излучения на основе оптического волокна с сохранением поляризации с возможностью заведения в активный оптический световод остаточного оптического излучения полупроводникового источника накачки оптического излучения с оптическим волоконным выходом из первого спектрально-селективного разветвителя, при этом резонатор выполнен в активном оптическом световоде без сохранения поляризации излучения на основе волоконной брэгговской решетки с фазовым сдвигом посредством УФ излучения, при этом оптический изолятор на основе оптического волокна с сохранением поляризации выполнен с блокировкой одной поляризационной оси оптического излучения, а первый спектрально-селективный разветвитель выполнен с блокировкой одной поляризационной оси.According to the second option, a compact single-frequency linearly polarized fiber radiation source, which contains a series-connected semiconductor optical radiation pump source with an optical fiber output, a first spectral-selective splitter, which is made on the basis of an optical fiber with preservation of polarization, a resonator, an active optical fiber made based on polarization-maintaining optical fiber, an optical isolator based on polarization-maintaining fiber, the output connector additionally includes a second spectral-selective splitter, which is located after the resonator and is designed to block one polarization axis of optical radiation based on polarization-maintaining optical fiber with the possibility of insertion into an active optical light guide of residual optical radiation of a semiconductor source of pumping optical radiation with an optical fiber output from the first spectral-selective splitter, wherein the resonator is made in the active optical light guide without maintaining the polarization of the radiation based on a fiber Bragg grating with a phase shift by means of UV radiation, wherein the optical an insulator based on an optical fiber with preservation of polarization is made with blocking of one polarization axis of optical radiation, and the first spectral-selective splitter is made with blocking of one polarization axis.
Техническим эффектом заявляемого устройства является усиление единственной поляризационной компоненты одночастотного излучения, увеличение выходной мощности излучения до значений более 20 мВт с использованием одного источника накачки.The technical effect of the proposed device is the amplification of the only polarization component of single-frequency radiation, increasing the output radiation power to values of more than 20 mW using a single pump source.
На фиг. 1 представлена схема заявляемого устройства линейно-поляризованного одночастотного источника излучения на основе распределенной обратной связи в виде ВБР с фазовым сдвигом, где 1 - полупроводниковый источник накачки оптического излучения с оптическим волоконным выходом с/без блокировки одной поляризационной оси, 2 - первый спектрально-селективный разветвитель, 3 - резонатор, 4 - второй спектрально-селективный разветвитель, 5 - активный оптический световод, 6 - оптический изолятор на основе оптического волокна с сохранением поляризации, 7 - выходной коннектор.In fig. Figure 1 shows a diagram of the proposed device for a linearly polarized single-frequency radiation source based on distributed feedback in the form of an FBG with a phase shift, where 1 is a semiconductor optical radiation pump source with an optical fiber output with/without blocking one polarization axis, 2 is the first spectral-selective splitter , 3 - resonator, 4 - second spectral-selective splitter, 5 - active optical fiber, 6 - optical isolator based on optical fiber with polarization preservation, 7 - output connector.
На фиг. 2 представлен радиочастотный спектр биения компактного одночастотного линейно-поляризованного волоконного источника излучения на основе резонатора, изготовленного посредством УФ излучения, где 8 - конфигурация с компонентами без блокировки одной поляризационной оси, 9 - конфигурация с компонентами с блокировкой одной поляризационной оси.In fig. Figure 2 shows the radio-frequency beat spectrum of a compact single-frequency linearly polarized fiber radiation source based on a resonator manufactured using UV radiation, where 8 is a configuration with components without blocking one polarization axis, 9 is a configuration with components with blocking one polarization axis.
На фиг. 3 представлен оптический спектр генерации компактного одночастотного линейно-поляризованного волоконного источника излучения на основе резонатора, изготовленного посредством УФ.In fig. Figure 3 shows the optical spectrum of the generation of a compact single-frequency linearly polarized fiber radiation source based on a resonator fabricated by UV.
На фиг. 4 представлен радиочастотный спектр биения компактного одночастотного линейно-поляризованного волоконного источника излучения на основе резонатора, изготовленного посредством импульсного излучения фемтосекундного лазера.In fig. Figure 4 shows the radio-frequency beat spectrum of a compact single-frequency linearly polarized fiber radiation source based on a resonator manufactured using pulsed radiation from a femtosecond laser.
На фиг. 5 представлен оптический спектр генерации компактного одночастотного линейно-поляризованного волоконного источника излучения на основе резонатора, изготовленного посредством импульсного излучения фемтосекундного лазера.In fig. Figure 5 shows the optical spectrum of the generation of a compact single-frequency linearly polarized fiber radiation source based on a resonator manufactured using pulsed radiation from a femtosecond laser.
Заявляемое устройство содержит последовательно соединенные полупроводниковый источник накачки оптического излучения с оптическим волоконным выходом 1, первый спектрально-селективный разветвитель 2, резонатор 3, дополнительный спектрально-селективный разветвитель 4, активный оптический световод 5, оптический изолятор на основе оптического волокна с сохранением поляризации 6, выходной коннектор 7 и которые оптически связаны между собой.The inventive device contains a series-connected semiconductor optical radiation pump source with an optical fiber output 1, a first spectral-selective splitter 2, a resonator 3, an additional spectral-selective splitter 4, an active optical fiber 5, an optical isolator based on polarization-maintaining optical fiber 6, an output connector 7 and which are optically connected to each other.
Двулучепреломление свойственно структурам волоконной брэговской решетки (ВБР), изготовленным с применением импульсного излучения фемтосекундного лазера из-за анизотропно наведенного показателя преломления внутри сердцевины оптического волокна. Пороговое условие генерации заявляемого устройства можно выразить следующим образом:Birefringence is inherent in fiber Bragg grating (FBG) structures fabricated using pulsed femtosecond laser radiation due to the anisotropically induced refractive index within the optical fiber core. The threshold condition for generating the proposed device can be expressed as follows:
, (1) , (1)
где - коэффициент усиления на единицу длины в активном оптическом световоде в зависимости от мощности накачки , - коэффициент связи и длина резонатора (ВБР с фазовым сдвигом), , - коэффициенты для ненасыщенных потерь активного оптического световода и индуцированных фемтосекундным излучением в структуре ВБР, соответственно. Из-за наведенного двулучепреломления поляризационные моды с коэффициентами связи и будут соответствовать волоконным брэгговским решеткам разной силы. С учетом уравнения (1) порог генерации достигается только для одной поляризационной моды. Также методика импульсного излучения фемтосекундного лазера позволяет изготавливать структуры с различным периодом, что делает возможным реализовывать одночастотные линейно-поляризованные лазеры в тулии, гольмии, иттербии и т.дWhere - gain per unit length in an active optical fiber depending on the pump power , - coupling coefficient and resonator length (FBG with phase shift), , - coefficients for unsaturated losses of the active optical fiber and those induced by femtosecond radiation in the FBG structure, respectively. Due to induced birefringence, polarization modes with coupling coefficients And will correspond to fiber Bragg gratings of different strengths. Taking into account equation (1), the lasing threshold is achieved only for one polarization mode. Also, the femtosecond laser pulsed radiation technique makes it possible to produce structures with different periods, which makes it possible to implement single-frequency linearly polarized lasers in thulium, holmium, ytterbium, etc.
Заявленное устройство работает следующем образом: излучение от полупроводникового источника накачки оптического излучения с длиной волны 980 нм и оптическим волоконным выходом 1 через спектрально-селективный разветвитель 2, попадает в резонатор 3. Величина прошедшей накачки через резонатор 3 заявляемого устройства, как правило, составляет не менее 80% от первоначального значения. Таким образом, остаточную накачку можно использовать для усиления полученного сигнала. Для этого к свободному концу резонатора 3, приваривается дополнительный второй спектрально-селективный разветвитель 4. Соединение с дополнительным вторым спектрально-селективным разветвителем 4 должно происходить таким образом, чтобы накачка проходила в порт дополнительного второго спектрально-селективного разветвителя 4, где находится активный оптический световод 5 (порт накачки - порт, который приварен к свободному концу резонатора 3 от дополнительного второго спектрально-селективного разветвителя 4). При прокачке активного оптического эрбиевого световода 5 возникает инверсная заселенность и данная среда будет выполнять роль волоконного усилителя. При этом генерируемый сигнал с длиной волны 1,55 мкм изолирован в направлении из общего порта первого спектрально-селективного разветвителя 2 в общий порт дополнительного второго спектрально-селективного разветвителя 4, что позволяет избавиться от паразитной обратной связи, которая может возникнуть из-за центров отражения активного оптического световода 5. Из сигнального порта первого спектрально-селективного разветвителя 2 излучение заводится в общий порт дополнительного второго спектрально-селективного разветвителя 4 через сигнальный порт дополнительного спектрально-селективного разветвителя 4 для усиления сигнала, что по позволяет усилить сигнал в ~ 100 раз: значение выходной мощности сигнала до попадания на оптический усилитель - 100 мкВт, после прохождения через оптический усилитель - более 30 мВт. Резонатор 3, который выполнен в активном оптическом световоде 5 в заявляемом техническом решении может быть изготовлен посредством импульсного излучения фемтосекундного лазера в оптическом волокне либо УФ излучения. Выходной оптический спектр от мощности генерации компактного одночастотного линейно-поляризованного волоконного источника излучения на основе резонатора, изготовленного посредством УФ излучения и изготовленного посредством импульсного излучения фемтосекундного лазера представлен на фиг. 3 и фиг. 5, где значение для каждой из конфигураций составило более 30 мВт (> 14 дБм). В направлении от общего порта второго спектрально-селективного разветвителя 4 к первому спектрально-селективному разветвителю 2 должна быть изоляция, которая также предотвращает паразитную обратную связь от центров отражения активного оптического световода 5, находящегося в общем порту дополнительного второго спектрально-селективного разветвителя 4, что решается применением первого спектрально-селективного разветвителя 2 с функцией изоляции в направлении из сигнального порта в общий. На выходе из схемы заявляемого устройства устанавливается оптический изолятор 6 на основе оптического волокна с сохранением поляризации, который также предотвращает паразитные отражения от выходного коннектора 7. Отдельно следует отметить, что резонатор 3 выполнен в активном оптическом световоде 5 без сохранения поляризации на основе волоконной брэгговской решетки с фазовым сдвигом и может быть выполнен посредством импульсного излучения фемтосекундного лазера либо УФ излучения. Для конфигурации, где резонатор 3, заявляемого компактного одночастотного линейно-поляризованного волоконного источника излучения на основе волоконной брэгговской решетки с фазовым сдвигом, был изготовлен с помощью УФ излучения, используются компоненты с сохранением поляризации и с блокировкой одной из поляризационных осей для селекции поляризационной моды генерации (оси оптического излучения) - первого спектрально-селективного разветвителя 2, второго спектрально-селективного разветвителя 4 и оптического изолятора 6 на основе оптического волокна с сохранением поляризации. На фиг.2 представлен радиочастотный спектр для такой конфигурации с компонентами с блокировкой одной поляризационной оси 9: отсутствует пик биения поляризационных мод. При использовании вышеописанных компонент без блокировки одной из осей на радиочастотном спектре фиг.2 появляется пик биения при конфигурации с компонентами без блокировки одной поляризационной оси 8, находящийся на разностной частоте поляризационных мод. В случае применения резонатора 3, который выполнен в активном оптическом световоде 5 без сохранения поляризации излучения на основе волоконной брэгговской решетки с фазовым сдвигом и изготовленного с помощью импульсного излучения фемтосекундного лазера, для получения линейно-поляризованного излучения достаточно использовать оптические компоненты на основе оптического волокна с сохранением поляризации без блокировки одной из поляризационных осей, а именно оптический изолятор 6 на основе оптического волокна с сохранением поляризации выполнен без блокировкой одной поляризационной оси оптического излучения, при этом второй спектрально-селективный разветвитель 4, который расположен после резонатора 3 и выполнен без блокировки одной поляризационной оси оптического излучения на основе оптического волокна с сохранением поляризации с возможностью заведения в активный оптический световод 5 остаточного оптического излучения полупроводникового источника накачки оптического излучения с оптическим волоконным выходом из первого спектрально-селективного разветвителя 2. При этом первый спектрально-селективный разветвитель 2 выполнен без блокировки одной поляризационной оси оптического излучения как и в прототипе.The claimed device operates in the following way: radiation from a semiconductor pump source of optical radiation with a wavelength of 980 nm and an optical fiber output 1 through a spectral-selective splitter 2 enters the resonator 3. The amount of pumping passed through the resonator 3 of the claimed device, as a rule, is at least 80% of the original value. Thus, the residual pump can be used to amplify the received signal. To do this, an additional second spectral-selective splitter 4 is welded to the free end of the resonator 3. The connection to the additional second spectral-selective splitter 4 must occur in such a way that pumping passes into the port of the additional second spectral-selective splitter 4, where the active optical fiber 5 is located (pump port is a port that is welded to the free end of the resonator 3 from the additional second spectral-selective splitter 4). When pumping the active optical erbium fiber 5, an inverse population occurs and this medium will act as a fiber amplifier. In this case, the generated signal with a wavelength of 1.55 μm is isolated in the direction from the common port of the first spectral-selective splitter 2 to the common port of the additional second spectral-selective splitter 4, which allows you to get rid of parasitic feedback that may arise due to reflection centers active optical fiber 5. From the signal port of the first spectral-selective splitter 2, the radiation is fed into the common port of the additional second spectral-selective splitter 4 through the signal port of the additional spectral-selective splitter 4 to amplify the signal, which allows the signal to be amplified by ~ 100 times: value the output power of the signal before reaching the optical amplifier is 100 μW, after passing through the optical amplifier - more than 30 mW. The resonator 3, which is made in the active optical fiber 5 in the claimed technical solution, can be manufactured using pulsed radiation of a femtosecond laser in an optical fiber or UV radiation. The output optical spectrum from the generation power of a compact single-frequency linearly polarized fiber radiation source based on a cavity fabricated by UV radiation and fabricated by pulsed femtosecond laser radiation is presented in FIG. 3 and fig. 5, where the value for each of the configurations was more than 30 mW (> 14 dBm). In the direction from the common port of the second spectral-selective splitter 4 to the first spectral-selective splitter 2 there must be insulation, which also prevents parasitic feedback from the reflection centers of the active optical fiber 5 located in the common port of the additional second spectral-selective splitter 4, which is solved using the first spectral-selective splitter 2 with an isolation function in the direction from the signal port to the common one. At the output of the circuit of the inventive device, an optical isolator 6 is installed based on optical fiber with preservation of polarization, which also prevents spurious reflections from the output connector 7. Separately, it should be noted that the resonator 3 is made in an active optical light guide 5 without maintaining polarization based on a fiber Bragg grating with phase shift and can be performed using pulsed radiation from a femtosecond laser or UV radiation. For the configuration where the resonator 3, the claimed compact single-frequency linearly polarized fiber radiation source based on a phase-shifted fiber Bragg grating, was fabricated using UV radiation, polarization-maintaining components with blocking of one of the polarization axes are used to select the polarization lasing mode ( axis of optical radiation) - the first spectral-selective splitter 2, the second spectral-selective splitter 4 and the optical isolator 6 based on optical fiber with preservation of polarization. Figure 2 shows the radio frequency spectrum for such a configuration with components with blocking of one polarization axis 9: there is no polarization mode beat peak. When using the above-described components without blocking one of the axes, a beat peak appears in the radio frequency spectrum of Fig. 2 when configured with components without blocking one polarization axis 8, located at the difference frequency of the polarization modes. In the case of using a resonator 3, which is made in an active optical fiber 5 without preserving the polarization of radiation based on a fiber Bragg grating with a phase shift and manufactured using pulsed radiation from a femtosecond laser, to obtain linearly polarized radiation it is sufficient to use optical components based on optical fiber with preserving polarization without blocking one of the polarization axes, namely, an optical isolator 6 based on an optical fiber with preservation of polarization is made without blocking one polarization axis of optical radiation, while the second spectral-selective splitter 4, which is located after the resonator 3 and is made without blocking one polarization axis optical radiation based on optical fiber with preservation of polarization with the possibility of inserting into the active optical fiber 5 the residual optical radiation of a semiconductor optical radiation pump source with an optical fiber output from the first spectral-selective splitter 2. In this case, the first spectral-selective splitter 2 is made without blocking one polarization axis of optical radiation as in the prototype.
Так как из-за анизотропно наведенного показателя преломления в структуре резонатора 3, в генерацию выходит единственная поляризационная мода. На фиг. 4 представлен радиочастотный спектр для данной схемы, на котором отсутствует пик биения поляризационной моды.Since, due to the anisotropically induced refractive index in the structure of resonator 3, a single polarization mode is generated. In fig. Figure 4 shows the radio frequency spectrum for this circuit, in which there is no polarization mode beat peak.
Таким образом, заявленная в двух вариантах конфигурация компактного одночастотного линейно-поляризованного волоконного источника излучения на основе распределенной обратной связи в виде ВБР с фазовым сдвигом, изготовленная с применением импульсного излучения фемтосекундного лазера или УФ излучения в активном оптическом световоде без сохранения поляризации, позволяет получить линейно-поляризованное одночастотное излучение с выходной мощностью более 10 мВт.Thus, the configuration of a compact single-frequency linearly polarized fiber radiation source based on distributed feedback in the form of an FBG with a phase shift, declared in two versions, manufactured using pulsed radiation from a femtosecond laser or UV radiation in an active optical fiber without maintaining polarization, makes it possible to obtain linearly polarized single-frequency radiation with an output power of more than 10 mW.
Кроме того, в ряде приложений, таких как спектрометрия или при генерации второй гармоники, необходимо излучение одной поляризационной компоненты, и генерация двух поляризационных мод нежелательна. Для применения в области спектроскопии крайне желательно использовать источник с единственной линией (так как она будет «прописывать» спектр вещества), если это будет произведено двумя поляризационными модами, отстоящими друг от друга на частотный интервал ~ 1 ГГц, то это затруднит обработку данных или вообще сделает её невозможной. Если говорить о генерации второй гармоники, то нелинейный элемент определенного типа (кристаллы BBO, LBO) производит удвоение для одной единственной поляризации. Также полученная выходная мощность в ≈ 30 мВт, достаточна для использования технического решения в таких областях как оптическая связь, рефлектометрия. Компактность, предложенных вариантов устройств, достигается за счёт использования дополнительного спектрально-селективного разветвителя, с помощью которого остаточная накачка применяется для усиления сигнала. Таким образом, не надо использовать дополнительные диоды для накачки в случае достижения мощностей в ~ 10 мВт. А за счет того, что данный прибор имеет достаточно компактные габариты (100 × 70 × 20 мм), то он легко интегрируется в такие приборы как рефлектометр.In addition, in a number of applications, such as spectrometry or second harmonic generation, the emission of one polarization component is necessary, and the generation of two polarization modes is undesirable . For applications in the field of spectroscopy, it is highly desirable to use a source with a single line (since it will “write” the spectrum of the substance), if this is produced by two polarization modes spaced from each other by a frequency interval of ~ 1 GHz, then this will complicate data processing or even will make it impossible. If we talk about second harmonic generation, then a nonlinear element of a certain type (BBO, LBO crystals) produces doubling for one single polarization. Also, the resulting output power of ≈ 30 mW is sufficient for the use of technical solutions in such areas as optical communications and reflectometry. The compactness of the proposed device options is achieved through the use of an additional spectral-selective splitter, with the help of which residual pumping is used to amplify the signal. Thus, there is no need to use additional diodes for pumping if powers of ~10 mW are achieved. And due to the fact that this device has fairly compact dimensions (100 × 70 × 20 mm), it is easily integrated into devices such as a reflectometer.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2816557C1 true RU2816557C1 (en) | 2024-04-02 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2843625C1 (en) * | 2025-01-23 | 2025-07-17 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Впг Лазеруан" (Ооо "Впг Лазеруан") | Method of generating femtosecond pulses and laser for implementation thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2269849C2 (en) * | 2001-03-14 | 2006-02-10 | Ойропэише Организацион Фюр Астрономише Форшунг Ин Дер Зюдлихен Хемисфере | Narrow-band fiber lasers of great power with expanded range of wave lengths |
| US8208196B2 (en) * | 2003-07-25 | 2012-06-26 | Imra America, Inc. | Pulsed laser sources |
| US8270070B2 (en) * | 1999-04-30 | 2012-09-18 | Spi Lasers Uk Ltd | Multi-fibre arrangement for high power fibre lasers and amplifiers |
| RU2566385C1 (en) * | 2014-07-15 | 2015-10-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) | Waveguide source of unidirectional single-frequency polarised laser radiation with passive frequency scanning (versions) |
| RU2758640C1 (en) * | 2020-11-25 | 2021-11-01 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Single-fiber narrow-band laser |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8270070B2 (en) * | 1999-04-30 | 2012-09-18 | Spi Lasers Uk Ltd | Multi-fibre arrangement for high power fibre lasers and amplifiers |
| RU2269849C2 (en) * | 2001-03-14 | 2006-02-10 | Ойропэише Организацион Фюр Астрономише Форшунг Ин Дер Зюдлихен Хемисфере | Narrow-band fiber lasers of great power with expanded range of wave lengths |
| US8208196B2 (en) * | 2003-07-25 | 2012-06-26 | Imra America, Inc. | Pulsed laser sources |
| RU2566385C1 (en) * | 2014-07-15 | 2015-10-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) | Waveguide source of unidirectional single-frequency polarised laser radiation with passive frequency scanning (versions) |
| RU2758640C1 (en) * | 2020-11-25 | 2021-11-01 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Single-fiber narrow-band laser |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2843625C1 (en) * | 2025-01-23 | 2025-07-17 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Впг Лазеруан" (Ооо "Впг Лазеруан") | Method of generating femtosecond pulses and laser for implementation thereof |
| RU2849139C1 (en) * | 2025-02-14 | 2025-10-22 | Общество с ограниченной ответственностью "ВПГ Лазеруан" | Multimode laser source |
| RU2844458C1 (en) * | 2025-03-26 | 2025-07-30 | Общество с ограниченной ответственностью "Т8" (ООО "Т8") | Single-frequency optical radiation source |
| RU2845826C1 (en) * | 2025-04-23 | 2025-08-25 | Общество с ограниченной ответственностью "Т8" (ООО "Т8") | Single-frequency optical radiation source (two versions) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7778290B2 (en) | Fiber lasers | |
| Hofmann et al. | 550-mW output power from a narrow linewidth all-phosphate fiber laser | |
| AU2008201707A1 (en) | Fiber lasers | |
| KR20120023651A (en) | Systems and techniques for suppressing backward lasing in high-power cascaded raman fiber lasers | |
| US6429965B1 (en) | Polarization and wavelength stable superfluorescent sources | |
| US6282016B1 (en) | Polarization maintaining fiber lasers and amplifiers | |
| Spiegelberg et al. | Compact 100 mW fiber laser with 2 kHz linewidth | |
| EP1343227A1 (en) | Generating electronic carrier signals in the optical domain | |
| Song et al. | High power linearly polarized Raman fiber laser with stable temporal output | |
| Spirin et al. | Passively Stabilized Doubly-Resonant Brillouin Fiber | |
| RU2816557C1 (en) | Compact single-frequency linearly polarized fibre radiation source (versions) | |
| CN115642468A (en) | Wavelength Tunable Ultrashort Pulse Fiber Laser | |
| CA2686812C (en) | Polarization and wavelength stable superfluorescent sources | |
| Prosentsov et al. | Efficient Yb-doped air-clad fiber laser operating at 980 nm and its frequency doubling | |
| RU2801639C1 (en) | Fibre annular laser source with passive frequency scanning | |
| Shay et al. | Tunable fiber lasers | |
| US20240347998A1 (en) | Fiber Laser With Reflective Pump Source | |
| EP0476800B1 (en) | Large signal three-level superfluorescent fiber sources | |
| Hernandez-Cordero et al. | Gas sensors based on fiber laser intracavity spectroscopy (FLICS) | |
| Han et al. | Linewidth broadening in single-mode sub-kHz fiber ring laser with unpumped Er-doped Sagnac loop | |
| Sumimura et al. | Environmentally stable ytterbium-doped fiber pulse laser composed of all-polarization-maintaining fiber system with a broad tuning range | |
| Zlobina et al. | Linearly polarized cascaded random fiber laser with ultimate efficiency | |
| Geng et al. | Efficient single-frequency thulium doped fiber laser near 2-μm | |
| CN118783223A (en) | Laser generator | |
| CA2621112C (en) | Polarization and wavelength stable superfluorescent sources |