CC BY
30ВКВО-2019- Стендовые
ВЫЖИГАНИЕ ДЫР В СПЕКТРЕ НЕОДИМОВОГО ВОЛОКОННОГО УСИЛИТЕЛЯ
Содномай А.Б.1'2, Лобач И.А.1'2*, Каблуков С.И.1'2
1 Институт автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск 2 Новосибирский государственный университет, г. Новосибирск
* Е-шаП: [email protected]. su
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16204
Насыщение усиления является важной характеристикой оптических усилителей. Кроме мощностных характеристик процесс также имеет спектральную зависимость. Так для иттербиевых волоконных усилителей наблюдается однородное по спектру насыщение, а для эрбиевых -неоднородное. Активные среды с неоднородным насыщением удобно использовать для получения многоволновой генерации, что было продемонстрировано на примере эрбиевых волоконных лазеров с малым расстоянием между генерируемыми линиями [1]. В иттербиевых лазерах, напротив, из-за большой величины однородного уширения при комнатной температуре получение многоволновой генерации затруднено. Исследование эффекта спектрального выжигания дыр (СВД) проводилось в основном для эрбиевых волокон из-за потребности в многоканальных усилителях для телекоммуникаций [2]. СВД в неодимовых усилителях исследовалось существенно меньше. В основном применяются непрямые методы, например, измерение спектра резонансной флюоресценции [3].
Неоднородное насыщение усиления положительно сказывается при создании многоволновых лазерных источников, но может также приводить к отрицательным последствиям при проектировании обычных усилителей, поскольку за пределами линии однородного уширения наблюдается рост усиленного спонтанного излучения. Последний эффект может проявляться и в лазерах с самоиндуцированным сканированием (самосканированием) частоты [4]. Так в иттербиевом лазере эффект самосканирования может наблюдаться как для резонаторов с широкополосными, так и для с узкополосными зеркалами [4], а в неодимовом лазере в первом случае эффект не наблюдается [5]. В представляемом докладе мы производим сравнение спектров насыщения для усилителей на базе иттербиевого и неодимового волокон с двойной оболочкой и с сохранением поляризации. Для этого нами была реализована схема измерения спектра усиления активного волокна методом пробного поля.
Пробное излучение
(Г
Активное вд
волокно _ _
! Объединитель^
1е Ш |П накачки —
Многомодовый
диод Сигнальное излучение
■е
■ )эо/ю)
г
1
О?
Фотоприемники
Рис. 1. Схема измерения спектрального контура усиления в волоконном усилители в присутствии
насыщающей волны
Схема эксперимента представлена на Рис.1. В качестве источника пробного излучения используется иттербиевый лазер с самосканированием с диапазоном перестройки от 1055 до 1075 нм. В качестве сигнального источника используется одночастотный лазер Nd:YAG с длиной волны 1064 нм, направленный навстречу пробному излучению. Встречное направление источников излучения позволяет эффективно разделять пробную и сигнальную волны. Мощность пробной волны выбиралась меньше, чем мощность насыщения усиления. Это означает, что само пробное излучение не влияет на свойства усилителя. В работе исследовались усилители на основе волокна, легированного неодимом (PM-NDF-5/125) и иттербием (PM-YDF-5/130-VШ), и оптической накачки в виде многомодовых лазерных диодов с длинами волн волны 805 и 975 нм соответственно. Для исключения различных поляризационных эффектов все элементы схемы были выполнены на основе волокна с сохранением поляризации, а сигнальный и пробный источники генерировали линейно-поляризованное излучение. Стоит отметить, что все эксперименты были проведены при нормальных комнатных условиях, что полезно для сравнения с областью самоиндуцированного сканирования длины волны в Nd3+ волоконном лазере [5]. Анализировался сигнал усиленной пробной волны при различных мощностях сигнального излучения и при различных длинах волн из области
390
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» [email protected]
ВКВ0-2019 Стендовые
сканирования пробного лазера. Для наглядности спектры усиления нормировались на спектр усиления слабого сигнала (т.е. в отсутствии сигнального излучения), Рис.2. Было установлено, что спектр усиления иттербиевого усилителя имеет однородный характер (Рис.2а) - спектр усиления насыщается с увеличением мощности сигнальной волны как целое. Несколько иной поведение наблюдается для неодимового усилителя (Рис.2б). Помимо однородной составляющей также наблюдается спектральная дыра на длине волны сигнальной волны. Ширина спектральной дыры можно оценить как 4-6 нм. Учитывая тот факт, что диапазон сканирования для неодимового волокна существенно меньше, чем для иттербиевого можно сделать вывод о корреляции между характером усиления и диапазоном сканирования.
Рис. 2. Спектральная зависимость абсолютного усиления (правая ось) и нормированного на спектр усиления слабого сигнала в отсутствие сигнальной волны (левая ось) при различных мощностях сигнальной волны для иттербиевого (а) и неодимового (б) волоконных усилителей
Более детальное описание эксперимента по измерению спектральной зависимости усиления в различных волоконных усилителя, а также ее связи с диапазоном сканирования будут представлены в докладе.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИАиЭ СО РАН (№ 0254-2019-0001). Литература
1. Mao Q., et al, J. Lightwave Technology, 21, 160-169, (2003)
2. Peretti R., et al, J. Lightwave Technol. 29, 1445-1452, (2011)
3. Digonnet M. J. F., ed., Rare-Earth-Doped Fiber Lasers and Amplifiers, Marcel Dekker Inc., (2001) p. 792
4. Lobach I.A., et al, Optics Express 19, 17632-17640 (2011)
5. Kashirina E.K., et al, Opt. Lett. 44, 2252-2255 (2019)
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» [email protected]
391
