CC BY
28ВКВО-2019 Стендовые
ОДНОЧАСТОТНЫЙ ВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕР НА СВЕТОВОДЕ, ИЗГОТОВЛЕННОМ МЕТОДОМ СПЕКАНИЯ ФОСФАТНОГО СТЕКЛА В ТРУБКЕ ИЗ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА
Егорова О.Н.1*, Рыбалтовский А.А. 2, Журавлев С.Г. 2, Васильев С.А. 2, Сверчков С.Е. х,
Галаган Б.И. 1, Денкер Б.И. 1, Семенов С.Л. 2
1 Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, г. Москва 2 Научный центр волоконной оптики РАН, г. Москва * E-mail: [email protected]
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16217
В работе продемонстрирована возможность создания одночастотного волоконного лазера на композитном волоконном световоде, полученном методом спекания фосфатного стекла в трубке из кварцевого стекла [1]. Несмотря на то, что в процессе вытяжки таких световодов происходит взаимная диффузия фосфатного и кварцевого стекол, концентрация оксида фосфора и активных редкоземельных ионов в сердцевине превышает концентрацию этих веществ в световодах, получаемых методом осаждения кварцевого стекла из газовой фазы. Благодаря высокой концентрации активных редкоземельных ионов композитные световоды перспективны для создания одночастотных волоконных лазеров.
Для использования в качестве активного элемента лазера разработан и изготовлен легированный ионами эрбия композитный световод, одномодовый в окрестности длины волны 1,55 мкм. Процесс изготовления световода подробно описан в работе [1]. Для изготовления сердцевины было использовано стекло, содержащее 65 мол % оксида фосфора, 7 мол % AI2O3, 12 мол % B2O3, 9 мол % Ы2О и 7 мол % RE2O3 [2]. Концентрация ионов эрбия в исходном стекле составила 1.0*1020 см-3. Диаметр сердцевины изготовленного световода составил около 4,5 мкм, диаметр оболочки из кварцевого стекла - 125 мкм. Концентрация оксида фосфора в сердцевине световода составляла около 24 мол %.
Исследование распределения интенсивности на выходном торце световода при различных условиях возбуждения показало, что световод является одномодовым на длине волны в окрестности 1,55 мкм. Измеренное значение длины волны отсечки первой высшей моды составило 1,4 мкм. Величина поглощения на длине волны 980 нм в полученном световоде составила около 0,4 дБ/см, время жизни уровня ионов эрбия 4113/2 - 6,1 мс. Минимальное значение оптических потерь в области 1100-1300 нм составило 1 дБ/м.
Изготовленный световод являлся фоточувствительным под действием излучения на длине волны 193 нм [3]. Наличие фоточувствительности позволило сформировать лазерный резонатор целиком в сердцевине активного световода.
На рисунке 1 представлена схема исследуемого волоконного лазера. Резонатор лазера был образован одной широкополосной брэгговской решеткой HRFBG с коэффициентом отражения 99,9 % и шириной спектра отражения на уровне 3 дБ 0,5 нм и решеткой PRFBG с коэффициентом отражении 95,4 % и шириной спектра на уровне 3 дБ - 0,15 нм. Обе решетки были записаны непосредственно в композитном волоконном световоде, длина решетки HRFBG составила 3,6 мм, длина решетки PRFBG - 8 мм, а расстояние между решётками составляло примерно 9 мм. Таким образом, общая длина резонатора составляла около 21 мм. Согласно [4] данная конструкция резонатора соответствует расстоянию между продольными модами 0,073 нм или 5,96 ГГц. Активный световод с двух сторон был подварен к специально изготовленному световоду, легированному оксидом германия. Диаметры полей мод световода, легированного оксидом германия и активного световода практически совпадали и составляли на длине волны 1,55 мкм около 5 мкм. Оптические потери, измеренные в резонаторе лазера с подваренными с двух сторон отрезками легированного оксидом германия световода, на длине волны 1,31 мкм составили 21 %.
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» [email protected] 413
ВКВО-2019- Стендовые
980/1550 ' р ^ 980/1550
Рис. 1 Схема одночастотного волоконного лазера
Модовый состав полученного лазера изучался с помощью сканирующего интерферометра Фабри-Перо с областью свободной дисперсии 750 МГц (FSR=750 MHz). Несмотря на то, что спектр выходной брэгговской решетки был больше расстояния между продольными модами резонатора, был получен одночастотный режим генерации. Одночастотный режим генерации удавалось получать за счет точной подстройки максимума отражения выходной решетки и одной из продольных мод резонатора с помощью регуляции температуры лазера, размещенного на элементе Пельтье [5, 6].
Лазер работал в устойчивом непрерывном режиме на длине волны в окрестности 1564,5 нм. Спектр излучения лазера, измеренный при мощности накачки около 200 мВт с разрешением 0,01 нм, приведён на рисунке 2a.
Длина волны,
Рисунок 2. 2a - Спектр излучения лазера
50 100 150 200 250 Мощность накачки, мВт
2Ь - Зависимость выходной мощности лазера от введённой мощности накачки
На рисунке 2b представлена зависимость выходной мощности лазера от введенной мощности накачки. Введенная мощность накачки измерялась в точке, обозначенной на рисунке 1 точкой Рр. Наклон эффективности лазерной генерации составляет 0,5 %. Максимальная выходная мощность составила 0,8 мВт.
Небольшой наклон эффективности лазера можно объяснить, главным образом, малой длиной активной части резонатора и сравнительно невысокой, по сравнению со световодами, целиком состоящими из фосфатного стекла, концентрацией ионов эрбия. Повысить эффективность генерации возможно, очевидно, за счет увеличения концентрации ионов эрбия, а также использование совместного легирования световода эрбием и иттербием.
Литература
1. Egorova O.N., et al, Optics Express 22, 7632 (2014)
2. Karlsson G., et al, Applied Physics B 75, 41-46, (2002)
3. Рыбалтовский A.A. и др., ВКВО '2019 (2019)
4. Barmenkov Y.O., et al, Optics Express 14, 6394-6399 (2006)
5. Qiu T., et al, Optics Letters 30, 2748 -2750 (2005)
6. Xu S., et al, Optics Letters 38, 501 -503 (2013)
414
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» [email protected]
