Импульсные лазеры на основе иттербиевых и висмутовых волоконных световодов

Крылов, Александр Анатольевич

Импульсные лазеры на основе иттербиевых и висмутовых волоконных световодов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

Крылов, Александр Анатольевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2009 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.21 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Импульсные лазеры на основе иттербиевых и висмутовых волоконных световодов»

Автореферат диссертации на тему "Импульсные лазеры на основе иттербиевых и висмутовых волоконных световодов"

На правах рукописи

Крылов Александр Анатольевич

Импульсные лазеры на основе иттербиевых и висму^ товых волоконных световодов

Специальность: 01.04.21 - лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 2009

003476439

Работа выполнена в Научном центре волоконной оптики Российской академии

наук.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Крюков Петр Георгиевич, НЦВО РАН

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Кулевский Лев Александрович, ИОФ РАН

доктор физико-математических наук, профессор Чекалин Сергей Васильевич, ИСАИ

Ведущая организация: Институт прикладной физики Российской академии наук.

Защита состоится^ 2009 года в 15 часов на заседании Диссертацион-

ного совета Д 002.063.03 Института общей физики имени A.M. Прохорова РАН по адресу: 119333, Москва, Вавилова ул., 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИОФ РАН.

Автореферат разослан

Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат физико-математических наук ¿^У — Воляк Т.Б.

Общая характеристика работы

Актуальность темы

В последние годы волоконные лазеры получают все большее распространение в различных областях науки и техники, среди которых выделяются промышленная обработка материалов (сварка, резка, гравировка, микрообработка) и метрология. К основным преимуществам волоконных лазеров относятся компактность; надежность, обязанная простоте конструкции и минимуму юстируемых элементов; экономичность, обусловленная высокой эффективностью системы накачки; отсутствие серьезных проблем с теплоотводом даже при уровне выходной мощности в сотни ватт; возможность генерировать как одномодовые (практически гауссовы), так и многомодовые пучки; удобство доставки излучения к месту применения с помощью гибкого волоконного кабеля; широкий диапазон мощностей в непрерывном режиме генерации (от единиц мВт до десятков кВт), а также длительностей импульсов в импульсном режиме работы (от единиц микросекунд вплоть до десятков фемтосекунд).

Одно из главных преимуществ волоконных лазеров связано с эффективной системой ввода излучения накачки в активированный световод. При этом эффективность современного иттербиевого одномодового волоконного лазера достигает 85% по отношению к диодной накачке, и 30% - "от розетки", а его макси-. мальная выходная мощность превосходит 1 кВт.

Наряду с непрерывными, интенсивно развиваются также импульсные волоконные лазеры, работающие в режимах модуляции добротности резонатора и синхронизации мод, реализация которых предполагает включение в резонатор также и объемных оптических элементов (в том числе поляризационно-чувствительных), таких как модулятор потерь (или фазы), насыщающийся поглотитель, компенсатор дисперсии. Эти объемные элементы необходимо жестко интегрировать с наименьшими потерями со световодами, что является довольно трудной задачей, поскольку требует особых технологических решений, но, вместе с тем, весьма актуальной.

Широкие полосы люминесценции активных центров в сердцевине световода позволяют создавать перестраиваемые в широком спектральном диапазоне непрерывные, а также импульсные лазеры. При этом обеспечить высокую ско-

рость перестройки с одной длины волны на другую, а также узкую спектральную полосу пропускания, высокую эффективность и малые вносимые потери позволяют быстродействующие акустооптические перестраиваемые спектральные фильтры (АОФ). Однако для их эффективной работы входное излучение должно быть плоскополяризованным, что приводит к необходимости согласования таких фильтров с дешевым стандартным изотропным световодом с целью обеспечения стабильной генерации лазера без флуктуации выходной мощности. К тому же сдвиг несущей частоты излучения, возникающий при дифракции света на бегущей звуковой волне, приводит к довольно сложной картине генерации лазера с возможностью реализации даже стабильного импульсного режима.

В настоящее время проводится работа по расширению диапазонов выходных характеристик волоконных непрерывных и импульсных лазеров. В частности, диапазона длин волн излучения. В последнее время проводятся интенсивные исследования нового типа активной среды - волоконного световода на основе кварцевого стекла, сердцевина которого активирована висмутом. Полосы поглощения активных висмутовых центров в нем лежат в диапазоне длин волн генерации волоконных иттербиевого и ВКР-лазеров, что очень удобно с точки зрения создания полностью волоконной системы, а их спектр люминесценции простирается от 1.1 мкм до 1.7 мкм. Это, в свою очередь, даёт основания надеяться на возможность генерации ультракоротких импульсов (УКИ) с длительностью вплоть до субпикосекунд при осуществлении режима пассивной синхронизации мод, что может явиться альтернативой хорошо известному твердотельному лазеру УКИ на кристалле форстерита, легированного хромом.

Круг задач, рассматриваемых в данной работе, связан с исследованием ит-тербиевых импульсных волоконных лазеров с перестройкой длины волны излучения, в резонатор которых, помимо активированных иттербием изотропных световодов, входят дополнительные элементы, обеспечивающие работу лазера в импульсном режиме и перестройку длины волны. Наряду с этим исследуется возможность усиления излучения таких лазеров и достижения пиковых мощностей узкополосного излучения киловаттного уровня.

В число задач данной работы также входило исследование возможности реализации режима непрерывной пассивной синхронизации мод в лазере на ос-

нове нового типа активной среды - световода, легированного висмутом. При этом с целью сокращения длительности УКИ исследовалась схема лазера с внут-рирезонаторным компенсатором дисперсии групповых скоростей (ДГС) на основе пары отражательных дифракционных решеток.

Таким образом, актуальность диссертационной работы определяется необходимостью реализации эффективных и удобных в эксплуатации источников лазерного излучения, генерирующих импульсы с длительностями от наносекунд до фемтосекунд в широком диапазоне длин волн.

Цели диссертационной работы

1. Реализация и исследование стабильной генерации в режиме активной модуляции добротности с минимизацией длительности импульсов в лазере на основе изотропного активированного иттербием световода с многомодовой диодной накачкой в диапазоне перестройки длины волны излучения анизотропным акустооптическим спектральным фильтром.

2. Создание и исследование эффективного мощного одномодового усилителя импульсного излучения на основе активированного иттербием изотропного световода с увеличенной площадью фундаментальной моды.

3. Реализация и исследование режима пассивной синхронизации мод, инициируемого с помощью насыщающегося поглотителя SESAM в лазере на основе алюмосиликатного волоконного световода, активированного висмутом, при его накачке непрерывным излучением иттербиевого волоконного лазера.

4. Генерация УКИ пикосекундной длительности в висмутовом волоконном лазере, работающем в режиме пассивной синхронизации мод, путем регулирования внутрирезонаторной ДГС с помощью пары дифракционных решеток.

Научная новизна работы 1. Показано, что наличие в резонаторе акустооптического перестраиваемого спектрального фильтра (АОФ) в схеме кольцевого акустооптического зеркала приводит к чередованию режимов нерегулярной (шумовой) импульсной генерации и частичной синхронизации мод в лазере, содержащем нелинейное усиливающее кольцевое зеркало при перестройке длины волны излучения в полосе усиления иттербиевого световода.

2. Получен и исследован режим генерации иттербиевого волоконного лазера с многомодовой накачкой, в котором при модуляции добротности резонатора с помощью акустооптического затвора в диапазоне акустооптической перестройки длины волны излучения наблюдаются стабильные гладкие симметричные лазерные импульсы колоколообразной формы с варьируемой частотой следования, минимальная длительность которых соответствует времени одного прохода резонатора.

3. В лазере на основе световода, активированного висмутом, впервые реализована и исследована генерация в режиме непрерывной пассивной синхронизации мод, который инициировался и поддерживался с помощью полупроводникового насыщающегося поглотителя SESAM.

4. В висмутовом волоконном лазере, работающем в режиме непрерывной пассивной синхронизации мод, путем регулирования ДГС внутри резонатора получена и исследована стабильная генерация УКИ пикосекундной длительности.

Практическая ценность результатов

1. Доступность и простота разработанного способа согласования анизотропных элементов с изотропными световодами делают его привлекательным для применения в лазерной технике.

2. Продемонстрированные особенности генерации иттербиевого волоконного лазера с акустооптической перестройкой длины волны излучения в режиме активной модуляции добротности резонатора могут быть полезны при разработке лазерных источников излучения с варьируемыми длительностью и частотой следования импульсов, а также длиной волны излучения.

3. Разработанный эффективный одномодовый усилитель наносекундных импульсов на основе иттербиевых световодов с многоэлементной первой оболочкой (МПО) и увеличенной площадью фундаментальной моды, который обеспечивает выходную пиковую мощность киловаттного уровня, представляет собой готовый инструмент для использования в таких областях науки и техники, как исследование нелинейных явлений и обработка материалов.

4. Реализация и исследование режима пассивной синхронизации мод в лазере на основе новой активной среды - световода, активированного висмутом - рас-

ширяют диапазон длин волн генерации современных импульсных волоконных лазеров и открывают возможность для дальнейшего развития сопутствующих технологий, например технологии полупроводниковых насыщающихся поглотителей и специальных световодов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Иттербиевый волоконный лазер с многомодовой диодной накачкой и перестройкой длины волны генерации в режиме активной модуляции добротности резонатора излучает гладкие импульсы колоколообразной формы с варьируемой частотой следования, длительность которых соответствует одному проходу резонатора.

2. Эффективный усилитель с выходной пиковой мощностью наносекундных лазерных импульсов киловаттного уровня и одномодовым распределением интенсивности в поперечном сечении пучка реализован на основе маломодовых иттербиевых МПО-световодов с увеличенной площадью фундаментальной моды.

3. Режим непрерывной пассивной синхронизации мод инициируется с помощью насыщающегося поглотителя SESAM в лазере на основе световода, активированного висмутом, при его накачке непрерывным излучением иттербиево-го волоконного лазера.

4. Висмутовый волоконный импульсный лазер с регулировкой ДГС внутри резонатора с помощью пары дифракционных решеток излучает в режиме непрерывной пассивной синхронизации мод стабильные УКИ пикосекундной длительности.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 6 печатных статей, список которых приведен в конце автореферата.

Апробация работы Результаты исследований, представленные в диссертационной работе, докладывались на российских и международных конференциях: XII Conference on Laser Optics (Санкт-Петербург, Россия, 26-30 июня 2006), XI Школа молодых ученых "Актуальные проблемы физики" (Звенигород, Россия, 26-29 ноября 2006), OFC/NFOEC Conference (Анахайм, США, 25-29 марта 2007), Российский

семинар по волоконным лазерам (Новосибирск, Россия, 4-6 апреля 2007), ICONO/LAT Conference, section "LAT: Advanced Lasers and Systems" (Минск, Белоруссия, 28 мая-1 июня 2007), Всероссийская конференция по волоконной оптике, секция "Волоконные лазеры-1" (Пермь, Россия, 10-12 октября 2007).

Результаты работы также регулярно докладывались на семинарах Научного центра волоконной оптики РАН.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, благодарностей и списка цитируемой литературы. Текст иллюстрируют 52 рисунка и одна таблица, библиография содержит 158 наименований. Общий объем диссертации составляет 146 машинописных страниц.

Содержание работы Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели работы, описана ее структура, изложены положения, которые выносятся на защиту, а также апробация работы.

В Главе 1 диссертации проведен обзор опубликованной литературы, касающейся вопросов импульсной генерации волоконных лазеров в режимах синхронизации мод и модуляции добротности резонатора, при этом более подробно рассмотрены особенности реализации режима синхронизации мод с помощью насыщающегося поглотителя SESAM. Обсуждаются дисперсионные свойства световодов и методы компенсации ДГС внутри резонатора, при этом подробно описывается компенсатор ДГС на основе пары отражательных дифракционных решеток, указываются его преимущества и недостатки. Представлена диаграмма энергетических уровней иона иттербия в сердцевине световода на основе кварцевого стекла и дана схема ввода многомодового излучения накачки в активный иттербиевый МПО-световод. Описаны особенности световодов, активированных висмутом, а также представлен обзор висмутовых волоконных лазеров, реализованных к настоящему моменту. Также дан краткий обзор особенностей перестройки длины волны генерации волоконных лазеров и усиления излучения в волоконных световодах с увеличенной площадью фундаментальной моды и многомодовой диодной накачкой.

Глава 2 посвящена получению и исследованию режимов синхронизации мод и модуляции добротности резонатора лазера на основе изотропного иттер-биевого МПО-световода с многомодовой диодной накачкой в диапазоне перестройки длины волны его излучения с помощью анизотропного акустооптиче-ского спектрального фильтра.

В начале главы описываются принципы работы акустооптических фильтра и затвора, а также приводится эффективный способ согласования изотропного световода с анизотропным элементом. Этот способ основан на использовании широкополосного термостабилыюго поляризационного делителя, реализованного на монокристалле СаСОэ, в схеме интегрированного кольцевого перестраиваемого акустооптического зеркала.

В п.2.3 приводятся результаты исследования режимов генерации лазера, содержащего нелинейное усиливающее кольцевое зеркало, при перестройке длины волны излучения. При этом области длин волн с нерегулярной пичковой (шумовой) генерацией чередовались с областями, в которых импульсы приобретали более регулярный характер следования. Такое поведение означает, что в данном случае имела место частичная синхронизация мод лазерного резонатора, инициируемая совместным влиянием сдвига несущей частоты излучения в акусто-оптическом спектральном фильтре (АОФ) и фазовой самомодуляции (ФСМ) излучения в световодах.

В п.2.4 диссертации описывается эффективный способ генерации лазерных импульсов наносекундной длительности при активной модуляции добротности резонатора Фабри-Перо с помощью акустооптического затвора.

В случае, когда г0 » rres, гг (т0 — время, в течение которого затвор открыт, обеспечивая низкий уровень потерь; rrcs — время жизни фотона в резонаторе, которое определяется его добротностью; гг — быстродействие затора, которое определяется конечным временем пробега фронта звука через световой пучок) и частота модуляции потерь / невелика, имеет место генерация гигантского импульса модуляции добротности, эффективно насыщающего активную среду и извлекающего ее энергию. Так, при т0 = 6.2 мкс (rres ~ 270 не в резонаторе длиной 19 м) длительность лазерного импульса составляет тр~ 1 мкс (рис. 1а) на частоте следования/ = 7.6 кГц. Однако импульс в этом случае имеет внутреннюю струк-

туру в виде амплитудной модуляции с периодом Ткх ~ 200 не (равным времени обхода резонатора), которая, в основном, связана со ступенчатым характером его формирования в длинном волоконном резонаторе. В данном случае величины тг и Тк, близки (тг ~ 100 не и Тга ~ 200 не), поэтому ступенчатый характер импульса ярко выражен лишь на начальной стадии его формирования, вдали от насыщения.

а б

Рис. 1. Лазерный импульс при различных значениях г0 (изображен вместе с управляющим радиочастотным импульсом) в резонаторе длиной 19 ж

а - а = 1082 нм, г0 ~ 6.2 мке, / = 7.6 кГц, выходная средняя мощность Р=12 мВт -гигантский импульс модуляг\ии добротности, ?р~1 мке,-

б - X = 1106 нм, г0 к 280 не (оптимальная), / = 100 кГц г„ = 120 не, Р = 28 мВт.

Сокращение г0 до определенного значения, зависящего от величины Тт, приводит к генерации гладких лазерных импульсов колоколообразной формы с незначительным пьедесталом, не содержащих внутренней модуляции (рис.16), длительность которых соответствует одному проходу резонатора: гр ~ Тгю 12. Она постоянна в диапазоне перестройки длины волны генерации, не зависит от частоты модуляции потерь, а также мощности излучения накачки. В отличие от гигантского импульса модуляции добротности, длительность и время развития которого существенно зависят от соотношения начальной и пороговой инверсных населенностей активной среды, и следовательно, от частоты повторения и мощности излучения накачки, в данном случае эти параметры полностью определяются соотношением т0 и Гге(. При этом лазерный импульс формируется в течение нескольких проходов излучения по резонатору (~6). В данном режиме генерации получена перестройка длины волны излучения лазера в спектральном диапазоне 1167-1110 нм в полосе частот следования импульсов 50-100 кГц. Минимальная

длительность лазерных импульсов составила тр = 70 не в резонаторе длиной 14 м при минимальной ширине спектра излучения 0.1 им и выходной средней мощности 40 мВт.

Параграф 2.5 диссертации посвящен исследованию процесса усиления на-носекундных импульсов в мощных одномодовых волоконных двухкаскадных усилителях на основе изотропных иттербиевых МПО-световодов с увеличенной площадью фундаментальной моды при их накачке многомодовым излучением.

Первый каскад усиления (предусилитель) и мощный (выходной) каскады были изготовлены на основе изотропных маломодовых алюмосиликатных иттербиевых МПО-световодов со ступенчатым профилем показателя преломления. Диаметр поля фундаментальной моды LP01 (MFD) активных световодов составлял 12 и 14 мкм при X = 1080 нм.

Активный световод усилителя стыковался по входу и выходу с пассивным изотропным трехслойным одномодовым световодом с W-образным профилем показателя преломления длиной =1 м. При этом MFD активного и W-световодов был согласован. Одно из свойств W-световода заключается в том, что он позволяет при определенных параметрах обеспечить одномодовый режим распространения излучения с увеличенным диаметром поля моды без сильного скручивания, которое необходимо для фильтрации высших мод в маломодовых световодах со ступенчатым профилем показателя преломления. В данном случае W-световод на входе усилителей использовался для эффективного возбуждения фундаментальной моды LP01 маломодового активного световода, тогда как W-световод на выходе усилителей - для фильтрации высших мод, возникающих в активном световоде.

Зависимость средней мощности излучения на выходе усилителей от мощности излучения накачки представлена на рис.2.

При максимальной мощности излучения накачки получено 30 Вт средней мощности на длине волны 1077.9 нм без ВКР (дифференциальная эффективность мощного каскада составила при этом г) = 78%), что соответствует пиковой мощности излучения в выходном волоконном световоде Рpeak ~ 3 кВт для импульсов длительностью тр = 70 не на частоте следования 100 кГц. При этом максимальная энергия в импульсе составила £тах = 0.3 мДж.

Профиль пучка в дальней зоне при максимальной мощности хорошо описывается функцией Гаусса, при этом параметр качества пучка Л/, измеренный с помощью анализатора пучков BeamScope vP5, составил К? ~ 1.2. Этот факт подтверждает наличие только фундаментальной LP01 моды на выходе усилителя. При максимальной мощности ширина спектра составила АХfwhm ~ 0.4 нм на длине волны 1077.9 нм.

Глава 3 диссертации посвящена реализации и исследованию режима пассивной синхронизации мод, который инициировался с помощью полупроводникового насыщающегося поглотителя SESAM в лазере на основе новой активной среды - волоконного световода, активированного висмутом - при его накачке непрерывным излучением иттербиевого волоконного лазера.

В п.3.1 приводятся основные характеристики алюмосиликатных висмутовых световодов, преформы для вытяжки которых были изготовлены с помощью технологий MCVD и SPCVD. Спектры оптических потерь и люминесценции в них при возбуждении на длине волны —1064 нм представлены на рис.3.

В п.3.2 даны характеристики насыщающегося поглотителя SESAM, а также представлены схемы накачки и измерения параметров излучения висмутового волоконного лазера. Насыщающийся поглотитель SESAM в резонансной конфигурации на основе GalnNAs полупроводниковой структуры образовывал глухое зеркало резонатора Фабри-Перо, при этом торец пассивного волоконного световода резонатора висмутового лазера, отполированный под прямым углом к его оси, стыковался непосредственно к поверхности SESAM.

32 28

s24

и g20

ää 16 I 12 8 4 0

■ Х= 1077.6 нм,п = 46.9% • Х = 1077.9 нм,п = 78.1% ♦ Х= 1090.8нм, Ii = 71.1% V г

с J

и/ Л,

А * ь

г.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Мощность накачки (К = 974 нм), Вт

Рис.2. Средняя мощность на выходе усилителей в зависимости от мощности излучения накачки. 1 - мощный усилительный каскад на основе активного МПО-световода с диаметром поля моды ЬР01 12 мкм и длиной 7 м; 2,3 - мощный усилительный каскад на основе активного МПО-световода с диаметром поля моды ЬР01 14 мкм и длиной 3 м.

Накачка висмутового лазера осуществлялась излучением специально изготовленного для этой цели непрерывного иттербиевого волоконного лазера с максимальной выходной мощностью 5.2 Вт на длине волны X = 1075 нм. Излучение

накачки вводилось в сердцевину активного висмутового световода через волоконный J

х а

мультиплексор (WDM) с эф- £ 1-5

фективным объединением излучений с длииами волн 1075 нм и 1160 нм, потери в котором составили 0.1 дБ.

Также в п. 3.2 диссертации подробно исследуется

3 2.5

I- 2.0

i 1.0

5 0.5

I 0.0

Г \

' ' ' -П Í11'41 ' ' i»ii

2.5

2.0^ Я

1.5 8"

м О

с 1.0 й

0.5 £

с О

0.0

1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 Длина волны, нм

Рис.3. Спектры оптических потерь и люми-влияние параметров выходно- несценции в световодах, преформы для вы. тяжки которых изготовлялись MCVD (кривые го зеркала резонатора Фабри- lu3)u spcv¡) (крише 2 „ 4) методалш_ Пт0.

Перо на характеристики гене- са поглощения на 1000 нм обусловлена висмутовыми центрами, полосы на 1250 нм и 1390 нм -рируемых импульсов. В ис- ОН -группами.

следованиях использовались два вида высокоотражающих волоконных брэггов-ских решеток (ВБР) и волоконных зеркал Саньяка. Необходимость применения высокоотражающего выходного зеркала резонатора обусловлена довольно малым коэффициентом усиления в висмутовом световоде.

ВБР №1 имела коэффициент отражения 75% (пропускание -6 дБ) на центральной длине волны 1161-1 нм и ширину спектра отражения (на половине максимального значения) zUfwhm -0.1 нм. Коэффициент отражения ВБР №2 составлял 95% (пропускание -13 дБ) на центральной длине волны 1159.5 нм при ширине спектра отражения ZÜfwhm ~ 0.5 нм. В лазере с ВБР была получена генерация стабильных импульсов в режиме непрерывной пассивной синхронизации мод во всем диапазоне мощностей излучения накачки вплоть до максимально допустимой (=1.2 Вт). Ширина спектра излучения при этом составила ¿Wfwhm = 0.2 нм в лазере с ВБР №2, что на порядок превышает результат, достигнутый в лазере с ВБР №1 (¿Ufwhm = 0.02 нм). Однако, несмотря на это, лазерные импульсы оказались довольно длинными (rp ~ 3.5 не) по сравнению со слу-

чаем ВБР №1 (тр = 50 пс) и к тому же содержали внутреннюю структуру в виде амплитудной модуляции. При этом оказалось, что автокорреляционная функция интенсивности импульсов содержала центральный пик шириной =10 пс, который как раз и соответствует наличию этой внутренней структуры.

Увеличение длительности импульса и появление в нём внутренней структуры, по-видимому, связано с тем фактом, что в случае распространения лазерных импульсов с более широким спектром нормальная ДГС в длинном волоконном резонаторе и ВБР оказывает более существенное влияние при формировании импульса. Можно предположить также, что влияние нелинейных эффектов (ФСМ и четырехволнового смешения) также может стать более существенным. При этом, по-видимому, ДГС в ВРБ в случае широкого спектра играет особенно важную роль.

Для получения еще более широкого спектра лазерного излучения и исключения дополнительной, нежелательной ДГС в ВБР, в п.3.2.2 исследовался лазер, в котором в качестве выходного зеркала резонатора Фабри-Перо использовались широкополосные петлевые волоконные зеркала Саньяка (ВЗС) с коэффициентами отражения в линейном режиме R = 82% (ВЗС №1, R ~ 100% при Я = 1060 нм) и R = 95% (ВЗС №2, R ~ 100% при Я = 1190 нм) при Я = 1160 нм. Они исключали спектральную фильтрацию излучения, характерную для ВБР, и имели ДГС, присущую пассивному волоконному световоду, из которого изготовлены элементы лазерного резонатора, то есть незначительно увеличивали внутрирезонаторную ДГС.

В лазере с ВЗС №1 также удалось реализовать стабильный режим непрерывной пассивной синхронизации мод и исключить режим модуляции добротности резонатора во всем диапазоне мощностей излучения накачки вплоть до максимальной (=1.2 Вт).

Автокорреляционная функция интенсивности импульсов (рис.4) является гладкой и не содержит особенностей, что также свидетельствует о стабильности цуга импульсов. Ее аппроксимация гауссовой кривой дала ширину профиля та ~ 240 пс (на полувысоте) и длительность лазерных импульсов с гауссовым профилем огибающей тр~ 170 пс соответственно, причем эта величина практически не зависела от мощности лазерного излучения.

Максимум спектра излучения лазера (рис.5) находился около длины волны 1160 нм, при этом его положение, ширина и форма зависели от выходной мощности лазера. Спектр имеет характерную прямоугольную форму (в логарифмическом масштабе), что согласуется с экспериментальными результатами и тео-

а 8-о, о н

§ 6Н 1) о.

g 4Н

о н

S 2

Эксперимент • Гауссова аппроксимация Г =235 ПС, г = 167 ПС

q _Р ___

-500-400-300-200-100 0 100 200 300 400 500 Задержка, пс

Рис.4. Автокорреляционная функция интенсивности импульсов, генерируемых висмутовым ретическим моделированием «ало-конным лтепом с ГПСЛЫ.

процесса формирования импульсов в резонаторе со значительной нормальной ДГС. ¿а

Максимальная ширина спектра излучения лазера составила ЛЛтах ~ 2.1 нм (спектр 4 на рис.5) при максимальной средней выходной мощности Ртах = 7.8 мВт.

Глава 4 посвящена ис- Рис.5. Эволюция положения и формы спектра

1154 1155 1156 1157 1158 1159 1160 Длина волны, нм

следованию висмутового во локонного лазера, работающе-

излучения висмутового волоконного импульсного лазера с ВЗС ЛИ при варьировании его средней выходной мощности P0,,t-

1 - Рш = 1.36 мВт, АХ = 1.16 нм; 2 -го в режиме пассивной син- Рм = 2 48 мВт м = U8 ни. 3 _ Рш = 4 48 мВт_

хронизации мод, с регулиро- = 159 нм> 4 ~ Рм = 7-77 мВт- м = 107 нм-ванием ДГС внутри резонатора с помощью пары отражательных дифракционных решеток.

В п.4.1 представлена экспериментальная схема лазера с решеточным компенсатором ДГС (рис.6). Одним из двух глухих зеркал лазерного резонатора Фабри-Перо был насыщающийся поглотитель SESAM, к которому вплотную прижимался торец световода, отполированный под прямым углом к его оси.

Вторым глухим зеркалом резонатора являлось зеркало с многослойным диэлектрическим покрытием с коэффициентом отражения -100% в спектральной полосе 1140-1250 нм. Между ним и торцом световода располагалась пара отражательных дифракционных решеток с золотым покрытием, с помощью которых осуществлялась регулировка ДГС внутри резонатора. Основные характеристики решеточных компенсаторов ДГС, использованных в работе, представлены в таблице 1.

Таблица 1. Основные характеристики решеточных компенсаторов, использованных в работе.

параметр период решеток d, мкм эффективность дифракции (s-поляризация) »/„ % потери (с учетом обратного ввода) к дБ удельная ДГС (на проход), р2, пс2/м

компенсатор

№1 1.67 64.6 -8.1 -1

№ 1 92 -1.7 -3

Излучение лазера выводилось из резонатора с помощью направленного от-ветвителя ОС с коэффициентом деления по мощности 7/93 при А = 1160 нм и потерями 0.1 дБ, при этом для измерений лазерных параметров использовались оба его свободных выхода.

Висмутовый световод Выход Б Выход А

Рис.6. Висмутовый волоконный лазер с внутрирезонаторньш компенсатором ДГС.

WDM - волоконный мультиплексор; PC - контроллер поляризации на основе одномо-дового световода flexcore; ОС - направленный ответвитель с коэффициентом деления по мощности 7/93 при X = 1160 нм для вывода излучения из резонатора; G1 и G2 - отражательные дифракционные решетки; М - зеркапо с многослойным диэлектрическим покрытием с коэффициентом отражения -100% в спектральной полосе 1140-1250 нм,- COL - коллиматор излучения на основе двухлинзового объектива.

В п.4.2 описаны особенности генерации УКИ в зависимости от параметров лазерного резонатора и компенсатора ДГС, а также проведена оптимизация этих параметров с целью генерации наиболее коротких и стабильных импульсов.

В лазере с компенсатором ДГС №1 был реализован режим непрерывной пассивной синхронизации мод с частотой повторения импульсов /= 2.4 МГц. Пороговая мощность излучения накачки, при которой возникает генерация, была Р^ = 500 мВт. На рис.7 изображены автокорреляционные функции интенсивности импульсов и спектры излучения, соответствующие различным параметрам

лазера.

Задержка, пс Длина волны, им

а б

Рис.7. Автокорреляционные функция интенсивности импульсов (а) и спектр излучения (б) висмутового волоконного лазера с компенсатором ДГС№1.

Расстояние между решетками ЛЬ = 37 см, средняя выходная мощность Р1 = 1.3 мВт, ширина автокорреляционной фунт/ии и длительность импульсов га, гр » 100 пс, ширина спектра ЛАр^нм ~ 2.5 нм (1); АЬ = 55 см, Р2 = 0.15 мВт, г„ = 130 пс, тр-92 пс, ¿Мвунм-б нм (2); АЬ- 55 см, Рз=0.5б мВт, та= 7 пс, гр = 5пс, ЛЛшнм ~ 6.5 нм (3); АЬ = 88 см, Р4 = 0.58 мВт, Тц~ 165 пс, ¿Мгенм ~ 3 нм (4); аппроксимация функцией Гаусса кривой 2 (5).

Кривая 3 на рис.7а соответствовала минимальной ширине автокорреляционной функции импульсов, га = 7 пс (отличие автокорреляционных функций 2 и 3 друг от друга заключается в том, что они получены при варьировании состояния поляризации и мощности излучения в резонаторе). При этом выходная средняя мощность излучения составляла Рвп, = 0.56 мВт (мощность излучения накачки Ррцтр = 760 мВт). Таким образом, в лазере с компенсатором ДГС №1 удалось получить генерацию импульсов с гауссовым профилем огибающей с минимальной длительностью, составляющей по оценке тр = 5 пс.

При такой малой длительности возрастает роль нелинейных эффектов, в частности фазовой самомодуляции (ФСМ). Наличие пьедестала в автокорреляционной функции 3, по-видимому, обусловлено тем, что положительная частотная модуляция импульса за счет ДГС и ФСМ в волоконной части резонатора, компенсируется отрицательной линейной частотной модуляцией в решеточном компенсаторе ДГС только в центральной части импульса, то есть там, где она является практически линейной.

В лазере с компенсатором ДГС №2, исследованию которого посвящен п.4.2.2, также был реализован режим непрерывной пассивной синхронизации мод, при этом параметры лазерных импульсов существенно зависели от величины и знака внутрирезонаторной ДГС, а также мощности излучения накачки. Более стабильные УКИ наблюдались в том случае, когда направленный ответви-тель ОС, выводящий излучение из лазерного резонатора, располагался непосредственно около насыщающегося поглотителя SESAM (показан пунктиром на рис.6), что, возможно, обусловлено более равномерным распределением потерь внутри резонатора в этом случае.

На рис.8а представлены наилучшие с точки зрения минимизации величины пьедестала и ширины сжатого пика автокорреляционные функции интенсивности импульсов для различных длин активного висмутового световода. Соответствующие спектры показаны на рис.86. Видно, что уменьшение длины висмутового световода привело к заметному уменьшению площади несжатых "крыльев" пьедестала при аналогичной средней выходной мощности, что следует из сравнения кривых 1 и 3 на рис.8а. Это может быть обусловлено снижением влияния ФСМ вследствие уменьшения величины нелинейного набега фазы излучения и, как следствие, величины нелинейного чирпа импульса при его распространении в более коротком световоде.

Минимальная ширина автокорреляционной функции интенсивности импульсов на половине максимального значения составляет та = 1.6 пс (кривые 2, 3 и 4 на рис.8а), что соответствует длительности лазерного импульса с гауссовым профилем огибающей (на половине максимальной интенсивности) гр~ 1.1 пс. Минимальная длительность импульса в случае кривой 1 составила тр~ 1.4 пс.

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 Задержка, пс

1150 1155 1160 1165 1170 1175 Длина волны, нм

Рис.8. Автокорреляционные функции интенсивности импульсов (а) и спектры излучения (б) висмутового волоконного лазера с компенсатором ДГС №2 при различных длинах активного висмутового световода Ьв,.

Расстояние между решетками ЛЬ = 10.25 см, выходная средняя мощность Р0т = 0.2 мВт, ширина спектра ¿)А™нм ~ 2.9 нм, ¿в¡=15 м (1); ЛЬ = 6.6 см, Рам = 0.31 мВт, нм, ¿В| = Ю м (2); ЛЬ= 6.3 см, Р„м = 0.24 мВт,

3.8 нм, ¿в¡ = 5 м (3); Л = 6.05 см, Рт = 0.37 мВт, ЛХтм ~ 3.6 нм, Ьв, = 7м (4). Мощность излучения накачки 190 мВт (1); 230 мВт (2); 370 мВт (3); 1140 мВт (4).

В заключении сформулированы основные результаты диссертации.

Основные результаты и выводы

1. Разработан и исследован иттербиевый импульсный волоконный лазер с мно-гомодовой диодной накачкой и перестройкой длины волны излучения, работающий в стабильном режиме модуляции добротности и генерирующий гладкие импульсы колоколообразной формы с варьируемой частотой следования, длительность которых соответствует одному проходу резонатора. Достигнута минимальная длительность импульсов 70 не в диапазоне 1067-1110 нм и полосе частот следования 50-100 кГц. Минимальная ширина спектра при выходной средней мощности 40 мВт составила ~ 0.1 нм.

2. Разработан и исследован эффективный одномодовый усилитель наносекунд-ных импульсов на основе маломодовых иттербиевых МПО-световодов с увеличенной площадью фундаментальной моды. В двух каскадах усиления, с использованием непрерывной многомодовой диодной накачки мощностью 42 Вт на длине волны =974 нм достигнута максимальная средняя мощность усиленного излучения 30 Вт при дифференциальной эффективности 78%. Пиковая мощность и энергия для импульсов длительностью 70 не на частоте

следования 100 кГц составили 3 кВт и 0.3 мДж. Выходной пучок был одно-модовым с параметром качества М2 ~ 1.2. Одномодовое распределение интенсивности в поперечном сечении пучка реализовывалось благодаря стыковке одномодовых W-световодов к входу (эффективное возбуждение фундаментальной моды) и выходу (фильтрация излучения высших мод) активных маломодовых МПО-световодов с увеличенной площадью фундаментальной моды.

3. Реализована и исследована генерация в режиме непрерывной пассивной синхронизации мод, который инициировался с помощью полупроводникового насыщающегося поглотителя SESAM, в лазере на основе волоконного световода, активированного висмутом, при его накачке непрерывным излучением иттербиевого волоконного лазера. В лазере без компенсации дисперсии групповых скоростей (ДГС) внутри резонатора получены импульсы длительностью от 50 пс до 3.5 не в зависимости от типа и параметров его выходного зеркала.

4. Реализован и исследован висмутовый волоконный импульсный лазер, работающий в режиме непрерывной пассивной синхронизации мод, с регулировкой ДГС внутри резонатора с помощью пары дифракционных решеток. В результате оптимизации параметров излучения лазера путем регулирования ДГС внутри резонатора достигнута минимальная длительность стабильных ультракоротких импульсов (УКИ) 1.1 пс.

Список печатных работ по теме диссертации

1. A. A. Krylov, "30W Yb3+ pulsed fiber laser with wavelength tuning and its second harmonic generation", Proc. SP1E, vol. 6610, 66100D (2007).

2. A.A. Krylov, E.M. Dianov, V.V. Dvoyrin, P.G. Kryukov, V.M. Mashinsky, O.G. Okhotnikov, M. Guina, "Mode-locked Bi-doped fiber laser", Journal Opt. Soc. of Am. (B), vol. 24, N8, 1807-1808 (2007).

3. Б.Л. Давыдов, А.А. Крылов, "Перестраиваемый УЬ3+-лазер на основе изотропного волоконного световода с анизотропным акустооп-тическим фильтром, встроенным в резонатор без сопутствующих поляризационных потерь с помощью нового поляризационного делителя", Квант, электроника, 37, N9, 843-846 (2007).

4. B.L. Davydov, A.A. Krylov, "30W Yb3+ - pulsed fiber laser with wavelength tuning", Laser Physics, 17, N12, 1404-1415 (2007).

5. A.A. Крылов, В.В. Двойрин, В.М. Машинский, П.Г. Крюков, О.Г. Охотников, М. Гуина, "Синхронизация мод в висмутовом волоконном лазере с помощью SESAM", Квант, электроника, 38, N3, 233-238 (2008).

6. А.А. Крылов, П.Г. Крюков, Е.М. Дианов, О.Г. Охотников, М. Гуина, "Импульсный волоконный висмутовый лазер с внутрнрезонатор-ной компенсацией дисперсии групповых скоростей", Квант, электроника., 39, N1, 21-24 (2009).

Заказ № 50-а/08/09 Подписано в печать 26.08.2009 Тираж 100 экз. Усл. п.л. 1

ООО "Цифровичок", тел. (495) 649-83-30; (495) 778-22-20 Vv J) www.cfr.ru; e-mail:info@cfr.ru

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Крылов, Александр Анатольевич

Введение.

Глава 1. Лазеры на основе иттербиевых и висмутовых волоконных световодов (по литературе).

1.1 Иттербиевый волоконный световод с многоэлементной первой оболочкой.

1.2 Волоконный световод, легированный висмутом, и лазеры на его основе.

1.3 Перестройка длины волны излучения волоконных лазеров.

1.4 Пассивная синхронизация мод волоконных лазеров.

1.5 Насыщающийся поглотитель SESAM.

1.6 Методы компенсации ДГС внутри резонатора. Компенсатор ДГС на основе пары отражательных дифракционных решеток.

1.7 Волоконные лазеры с модуляцией добротности резонатора.

1.8 Усилители излучения на основе световодов с увеличенной площадью фундаментальной моды.

1.9 Постановка задач.

Глава 2. Иттербиевый волоконный импульсный лазер с акустооптической перестройкой длины волны излучения.

2.1 Акустооптический фильтр (АОФ) и затвор (АОЗ).

2.2 Интегрирование анизотропного АОФ с изотропным волоконным резонатором. Высокоотражающее акустооптическое зеркало.

2.3 Варьирование режимов генерации иттербиевого лазера, содержащего нелинейное усиливающее кольцевое зеркало.

2.4 Минимизация длительности импульсов иттербиевого волоконного лазера в режиме активной модуляции добротности резонатора.

2.5 Усилитель импульсного излучения в диапазоне длин волн 1070-1090 нм на основе активированного иттербием МПО-световода с увеличенной площадью фундаментальной моды.

2.6 Выводы.

Глава 3. Висмутовый волоконный лазер, работающий в режиме пассивной синхронизации мод.

3.1 Алюмосиликатные висмутовые световоды, изготовленные с помощью технологий МСУБ и БРСТО.

3.2 Синхронизация мод в висмутовом волоконном лазере без компенсации дисперсии групповых скоростей в резонаторе.

3.2.1 Лазер с волоконной брэгговской решеткой (ВБР).

3.2.2 Лазер с широкополосным волоконным зеркалом Саньяка (ВЗС).

3.3 Выводы.

Глава 4. Висмутовый волоконный лазер с внутрирезонаторной компенсацией дисперсии групповых скоростей.

4.1 Экспериментальная схема лазера с компенсатором ДГС.

4.2 Синхронизация мод в висмутовом волоконном лазере с внутрирезона-торным регулированием дисперсии групповых скоростей.

4.2.1 Компенсатор ДГС №1.

4.2.2 Компенсатор ДГС №2.

4.3 Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Импульсные лазеры на основе иттербиевых и висмутовых волоконных световодов"

С момента своего появления в 60-х годах XX века [1,2], волоконные лазеры интенсивно исследовались и уже в начале XXI столетия, в связи с достижениями в разработке мощных и компактных полупроводниковых источников накачки [3,4], получили достаточно широкое распространение в таких областях науки и техники как обработка материалов (сварка, резка, маркировка, микрообработка) [5,6], медицина [7,8], высокоскоростная и трансконтинентальная волоконная связь [9,10], нелинейная оптика [11,12], метрология [13,14]. К основным преимуществам волоконных лазеров относятся компактность; надежность, обязанная простоте конструкции и минимуму юстируемых элементов; экономичность, обусловленная высокой эффективностью системы накачки; отсутствие серьезных проблем с теплоотводом даже при уровне выходной мощности в сотни ватт; возможность генерировать как одномодовые (практически гауссовы), так и многомодовые пучки; удобство доставки излучения к месту применения с помощью гибкого волоконного кабеля; широкий диапазон мощностей в непрерывном режиме генерации (от единиц мВт до десятков кВт) [5], а также длительностей импульсов в импульсном режиме работы (от единиц микросекунд [5] вплоть до десятков фемтосекунд [6]).

Современная технология изготовления преформ для вытяжки волоконных световодов методами МС\Ю (модифицированное химическое осаждение из газовой фазы) [15,16], УАО (аксиальное осаждение из газовой фазы) [17,18], 0\Т) (внешнее осаждение из газовой фазы) [19,20] и БРСУТ) (химическое осаждение из плазмы) [21,22] позволяет добиваться низких потерь излучения фундаментальной моды (вплоть до 0.2 дБ/км на длине волны 1.55 мкм [15]), варьировать состав сердцевины и оболочки световода, создавать профили показателя преломления различной формы для получения нужных характеристик световода (таких как диаметр поля фундаментальной моды, число мод, волноводная дисперсия основной и высших мод, нелинейность [23]). При этом в лазерной технике, в основном используются одномодовые световоды, которые поддерживают распространение только одной поперечной моды, имеющей практически гауссово распределение интенсивности излучения по сечению световода [23]. Это дает возможность фокусировать излучение с торца такого световода в пятно диаметром несколько микрон, что необходимо, например, для прецизионной обработки материалов [24].

В последнее время все большее распространение получают лазеры на основе активированных иттербием световодов из кварцевого стекла, сердцевина которых легирована также оксидами алюминия (А120з) или фосфора (Р2О5) [25,26], с длиной волны генерации, лежащей в ближней инфракрасной (ИК) области (~1 мкм) [27]. Несмотря на то, что концентрации активных ионов в сердцевине такого световода относительно невелики см") по сравнению с объемными активными элементами твердотельных лазеров вследствие возникающих эффектов концентрационного тушения [28,29] и кластеризации [30,31], которые приводят к снижению квантовой эффективности переходов, высокие коэффициенты усиления и эффективности генерации в соответствующих волоконных лазерах и усилителях достигаются за счет увеличения длины активированного световода, которая может составлять десятки метров.

Одно из главных преимуществ волоконных лазеров связано с эффективной системой ввода излучения накачки в активированный световод [32]. При этом в качестве накачки используются, в основном, полупроводниковые лазерные диоды на основе структуры 1пОаАз, излучение которых с помощью микролинз вводится в одномодовые или многомодовые световоды [3,4]. В последнее время достигнуты существенные успехи в разработке многомодовых лазерных диодов с широкой излучательной поверхностью и большим ресурсом работы со стабильной средней мощностью излучения более 10 Вт в диапазоне длин волн 900-Н580 нм, который согласуется с полосой поглощения иона иттербия в сердцевине световода на основе кварцевого стекла [27].

Открытие эффекта фоторефракции в световодах [33] и разработка техники записи отражательных брэгговских решеток (ВБР) в его сердцевине [34] позволило формировать высокоселективные зеркала волоконных лазеров непосредственно в световоде. Таким образом, появилась возможность создавать полностью волоконные лазерные системы без объемных элементов [35,36].

Эффективность современного иттербиевого одномодового волоконного лазера, работающего в непрерывном режиме, достигает 85% по отношению к диодной накачке, и 30% — "от розетки" [5]. Все перечисленные преимущества волоконных лазеров, наряду с успехами в развитии технологии изготовления активированных световодов, позволили разработать иттербиевый лазер, работающий в непрерывном режиме (длина волны генерации -1.064 мкм), с одномодовым волоконным выходом средней мощностью излучения более 1 кВт и многомодовым волоконным выходом (путем объединения выходов нескольких одномодовых лазеров) - более 50 кВт [5].

Наряду с непрерывными, интенсивно развиваются также импульсные волоконные лазеры, работающие в режимах модуляции добротности резонатора и синхронизации мод [32], реализация которых предполагает включение в резонатор таюке и объемных оптических элементов (в том числе поляризационно-чувствительных), таких как модулятор потерь (или фазы), насыщающийся поглотитель, компенсатор дисперсии. Эти объемные элементы необходимо жестко интегрировать (в современной волоконной оптике общепринят термин "пигтейлировать") с наименьшими потерями со световодами, что является довольно трудной задачей, поскольку требует особых технологических решений. Генерация лазера в импульсном режиме сопровождается существенным увеличением интенсивности излучения, распространяющегося по протяженному световоду, вследствие чего начинают оказывать влияние нелинейные эффекты [37], что приводит к нежелательному ограничению интенсивности и максимальной энергии лазерных импульсов.

Для генерации ультракоротких импульсов (УКИ) в режиме пассивной синхронизации мод необходимо компенсировать значительную величину дисперсии групповых скоростей (ДГС) внутри резонатора [32,37]. Для этого в него включаются объемные или волоконные компенсаторы ДГС, которые вносят дополнительные пассивные потери и усложняют его конструкцию. Таким образом, разработка импульсных волоконных лазеров является достаточно сложной задачей, требующей преодоления целого ряда трудностей, но, вместе с тем, весьма актуальной.

Широкие полосы люминесценции активных центров в сердцевине световода [32] позволяют создавать перестраиваемые в широком спектральном диапазоне непрерывные [38,39], а также импульсные [40,41] лазеры. При этом обеспечить высокую скорость перестройки с одной длины волны на другую, а также узкую спектральную полосу пропускания, высокую эффективность и малые вносимые потери позволяют быстродействующие акустооптические перестраиваемые спектральные фильтры [42,43]. Однако для их эффективной работы входное излучение должно быть плоскополяризованным [43], что приводит к необходимости согласования таких фильтров с дешевым стандартным изотропным световодом с целью обеспечения стабильной генерации лазера без флуктуаций выходной мощности. К тому же сдвиг несущей частоты излучения, возникающий при дифракции света на бегущей звуковой волне, приводит к довольно сложной картине генерации лазера [44] с возможностью реализации даже стабильного импульсного режима [40].

В настоящее время проводится работа по расширению диапазонов выходных характеристик волоконных непрерывных и импульсных лазеров. В частности, диапазона длин волн излучения. Недавно были опубликованы результаты исследования нового типа активной среды — волоконного световода на основе кварцевого стекла, сердцевина которого легирована висмутом [45]. Полосы поглощения активных висмутовых центров в нем лежат в диапазоне длин волн генерации волоконных иттербиевого и ВКР-лазеров [45,46], что очень удобно с точки зрения создания полностью волоконной системы, а их спектр люминесценции простирается от 1.1 мкм до 1.7 мкм [46]. Это, в свою очередь, даёт основания надеяться на возможность генерации УКИ с длительностью вплоть до субпикосекунд при осуществлении режима пассивной синхронизации мод, что может явиться альтернативой хорошо известному твердотельному лазеру УКИ на кристалле форстерита, легированного хромом [47].

Однако довольно малая концентрация висмута приводит к необходимости работать с большими длинами световодов, достигающими десятков метров [45,46]. Это создает значительные трудности при разработке лазеров УКИ, так как существенная величина ДГС и влияние нелинейных эффектов внутри длинного волоконного резонатора препятствуют сокращению длительности и увеличению энергии лазерных импульсов.

Круг задач, рассматриваемых в данной работе, связан с исследованием иттербиевых импульсных волоконных лазеров с перестройкой длины волны излучения, в резонатор которых помимо активированных иттербием изотропных световодов входят дополнительные элементы, обеспечивающие работу лазера в импульсном режиме и перестройку длины волны генерации. Наряду с этим исследуется возможность усиления излучения таких лазеров и достижения импульсных мощностей узкополосного излучения киловаттного уровня.

В число задач данной работы также входило исследование возможности реализации режима непрерывной пассивной синхронизации мод в лазере на основе нового типа активной среды — световода, легированного висмутом. При этом с целью сокращения длительности УКИ исследовалась схема лазера с внутрирезонаторным компенсатором ДГС на основе пары отражательных дифракционных решеток.

Следует отметить, что круг вопросов, связанных с исследованием иттербиевых лазеров и процесса усиления излучения достаточно широк, поэтому данная работа посвящена исследованию лишь отдельных аспектов этих проблем. В то же время, получение и исследование генерации висмутового волоконного лазера в режиме пассивной синхронизации мод выполнено впервые.

Основные цели работы можно сформулировать следующим образом:

3. Реализация и исследование режима пассивной синхронизации мод, инициируемого с помощью насыщающегося поглотителя SESAM в лазере на основе алюмо силикатного волоконного световода, активированного висмутом, при его накачке непрерывным излучением иттербиевого волоконного лазера.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Каждая глава (кроме первой) завершается выводами, в которых содержатся основные результаты.

Заключение диссертации по теме "Лазерная физика"

4.3 Выводы

1. Реализован и исследован висмутовый волоконный импульсный лазер, работающий в режиме непрерывной пассивной синхронизации мод, с регулировкой ДГС внутри резонатора с помощью пары дифракционных решеток.

2. Показано, что при генерации УКИ длительностью менее 100 пс в резонаторе с решеточным компенсатором ДГС, их параметры существенно изменяются при варьировании величины и знака внутрирезонаторной ДГС, мощности излучения накачки, величины пассивных (ненасыщаемых) потерь, а также состояния поляризации излучения внутри резонатора.

3. В результате оптимизации параметров излучения лазера путем регулирования ДГС внутри резонатора достигнута минимальная длительность стабильных ультракоротких импульсов (УКИ) с центральной длиной волны, лежащей в диапазоне 1158+1168 нм, Тр~ 1.1 пс.

4. Экспериментально продемонстрировано, что улучшению качества импульсов (уменьшение длительности, величины пьедестала и амплитуды модуляции цуга импульсов) способствует уменьшение внутрирезонаторных ' пассивных (ненасыщаемых) потерь, а также увеличение удельной ДГС, вносимой парой решеток.

Заключение

В диссертационной работе исследованы особенности импульсных режимов генерации иттербиевого волоконного лазера с многомодовой накачкой и перестройкой длины волны излучения с помощью акустооптического спектрального фильтра, разработан и исследован мощный двухкаскадный одномодовый усилитель узкополосного импульсного излучения на основе маломодового иттербиевого МПО-световода с увеличенной площадью фундаментальной моды. Также впервые была реализована и исследована генерация лазера на основе новой активной среды - световода, легированного висмутом, при его накачке непрерывным излучением иттербиевого волоконного лазера, в режиме пассивной синхронизации мод, который инициировался с помощью насыщающегося поглотителя SESAM. Получены следующие основные результаты (в развернутом виде):

1. Разработан и исследован иттербиевый импульсный волоконный лазер с многомодовой диодной накачкой и перестройкой длины волны излучения, работающий в стабильном режиме модуляции добротности и генерирующий гладкие импульсы колоколообразной формы с варьируемой частотой следования, длительность которых соответствует одному проходу резонатора. Достигнута минимальная длительность импульсов 70 не в диапазоне 1067^-1110 нм и полосе частот следования 50^-100 кГц. Минимальная ширина спектра при выходной средней мощности 40 мВт составила -0.1 нм.

2. Разработан и исследован эффективный одномодовый усилитель наносекундных импульсов на основе маломодовых иттербиевых МПО-световодов с увеличенной площадью фундаментальной моды. В двух каскадах усиления, с использованием непрерывной многомодовой диодной накачки мощностью 42 Вт на длине волны —974 нм достигнута максимальная средняя мощность усиленного излучения 30 Вт при дифференциальной эффективности 78%. Пиковая мощность и энергия для импульсов длительностью 70 не на частоте следования 100 кГц составили 3 кВт и 0.3 мДж. Выходной пучок был одномодовым с параметром качества A42 ~ 1.2. Одномодовое распределение интенсивности в поперечном сечении пучка реализовывалось благодаря стыковке одномодовых W-световодов к входу (эффективное возбуждение фундаментальной моды) и выходу (фильтрация излучения высших мод) активных маломодовых МПО-световодов с увеличенной площадью фундаментальной моды.

3. Реализована и исследована генерация в режиме непрерывной пассивной синхронизации мод, который инициировался с помощью полупроводникового насыщающегося поглотителя SESAM, в лазере на основе волоконного световода, активированного висмутом, при его накачке непрерывным излучением иттербиевого волоконного лазера. В лазере без компенсации дисперсии групповых скоростей (ДГС) внутри резонатора получены импульсы длительностью от 50 пс до 3.5 нс в зависимости от типа и параметров его выходного зеркала.

Благодарности

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю доктору физико-математических наук, профессору Крюкову Петру Георгиевичу за постоянное внимание, всестороннюю поддержку и плодотворное обсуждение результатов.

Автор признателен своему коллеге Таусеневу A.B. за помощь в проведении экспериментов, освоении сложных измерительных приборов и плодотворном обсуждении результатов.

Выполнение данной работы было бы невозможно без поддержки сотрудников Научного центра волоконной оптики РАН Машинского В.М. и Двойрина В.В. ' (лаборатория радиационной стойкости световодов), предоставивших активированный висмутом световод №1 вместе со всеми его характеристиками, Голанта K.M. и Холодкова A.B., изготовивших висмутовый световод №2, Буфетова И.А. и Фирстова С.В. (лаборатория волоконной оптики), исследовавших его характеристики, Левченко А.Е. (лаборатория специальных световодов), измерявшего дисперсию и диаметр поля моды всех использованных в работе'световодов, а также Медведкова О.И. (лаборатория волоконной оптики), записавшего все ВБР, использованные в работе. Автор выражает благодарность сотрудникам других организаций: Охотникову О.Г. (Технический Университет г. Тампере, Финляндия) за изготовление насыщающегося поглотителя SESAM и волоконных WDM-мультиплексоров, Давыдова Б.Л. и Смирнова А. (Фрязинский филиал ИРЭ РАН), за изготовление волоконных ответвителей, зеркал Саньяка, а также интегрированных со световодами изоляторов и коллиматоров.

Автор выражает признательность директору Научного Центра Волоконной Оптики РАН академику Дианову Е.М. за постановку интересной задачи создания и исследования импульсного волоконного лазера на основе световода, активированного висмутом; постоянный интерес, поддержку, плодотворную критику и внимание к работе.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Крылов, Александр Анатольевич, Москва

1. Е. Snitzer, "Optical maser action of Nd3+ in a barium crown glass", Phys. Rev. Letters, 7, 444 (1961).

2. В.В. Тучин, Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях, изд-во Сарат. ун-та, Саратов, 1998.

3. F.E.W. Schmidt, М.Е. Fry, Е.М.С. Hillman, J.C. Hebden, D.T. Delpy, "A 32-channel time-resolved instrument for medical optical tomography", Rev. Sci. Instr., 71, 256 (2000).

4. E. Yamada, H. Takara, T. Ohara, 1С. Sato, T. Marioka, K. Jinguji, M. Itoh, M. Ishii, "A high SNR, 150 ch supercontinuum cw optical source with precise 25 GHz spacing for 10 Gbit/s DWDM systems", Optical Fiber Communication Conf., OFC paper ME2 (2001).

5. M. Nakazawa, E. Yoshida, E. Yamada, K. Suzuki, T. Kitoh, M. Kawachi, "80 Gbit/s soliton data transmission over 500 Ion with unequal amplitude solitons for timing clock extraction", Electron. Letters, 30, 1777 (1994).

6. P.A. Champert, S.V. Popov, M.A. Solodyankin and J.R. Taylor, "Deep UV, tandem harmonic generation using kW peak power Yb fibre source", Electron. Letters, 38, 627 (2002).

7. F. Markert, M. Scheid, D. Kolbe and J. Walz, "4W continuous-wave narrow-linewidth tunable solid-state laser source at 546 nm by externally frequency doubling a ytterbium-doped single-mode fiber laser system", Optics Express, 15, 14476 (2007).

8. P. Oberson, B. Huttner, O. Guinnard, L. Guinnard, G. Ribordy and N. Gisin, "Optical Frequency Domain Reflectometry with a Narrow Linewidth Fiber Laser", IEEE Photon. Techno). Letters, 12, 867 (2000).

9. T. R. Schibli, K. Minoshima, F.-L. Hong, H. Inaba, A. Onae, H. Matsumoto, I. Hartl and M.E. Fermann, "Frequency metrology with a turnkey all-fiber system", Optics Letters, 29, 2467 (2004).

10. S.R. Nagel, J.B. MacChesney, K.L. Walker, Optical Fiber Communications, vol.1, Ch.l, Academic, Orlando, 1985.

11. E.M. Dianov, V.l. Karpov, A.S. Kurkov, V.N. Protopopov, G.G. Devyatykh, A.N. Guryanov, D.D. Gusovskiy, S.V. Kobis, Yu.B. Zverev, Proc. of 21 Europ.Conf. on Optical Communication, 2, 721, Brussels (1995).

12. N. Niizeki, N. Inagaki, T. Edahiro, Optical Fiber Communications, vol.1, Ch.3, Academic, Orlando, 1985.

13. A.A. Abramov, M.M. Bubnov, E.M. Dianov, A.E. Voronkov, A.N. Guryanov, G.G. Devjatykh, S.V. Ignatjev, V.B. Zverev, N.S. Karpychev and S.M. Mazavin, Proc. CLEO'90,7, 404 (1990).

14. A.J. Morrow, A. Sarkar, P.C. Schultz, Optical Fiber Communications, vol.1, Ch.2, Academic, Orlando, 1985.

15. P.L. Bosko, Proc. Optical Fiber Communication Conference, OFC'89, 5, 20 (1989). '

16. D. Pavy, M. Moisan, S. Saada, P. Chollet, P. Leprince and J. Marrec, "Fabrication of optical fiber preforms by a new surface-plasma CVD process," Proceedings of 12th European Conference on Optical Communications, pp. 19-22.A, Barcelona (1986).

17. E.M. Dianov, K.M. Golant, V.l. Karpov, R.R. Khrapko, A.S. Kurkov, V.N. Protopopov, S.L. Semenov, A.G. Shebuniaev, "Application of reduced-pressure plasma CVD technology to the fabrication of Er-doped optical fibers", Opt. Matter., 3, 181 (1994).

18. A.W. Snyder, J.D. Love, Optical Waveguide Theory, Chapmen and Hall, London, 1983.

19. M.E.Fermann, A. Galvanauslcas, G. Sucha, Ultrafast Lasers. Technology and Application, Marcell Dekker, New York, 2003.

20. M.A. Мелькумов, И.А. Буфетов, К.С.Кравцов, А.В.Шубин, Е.М. Дианов, "Генерационные параметры иттербиевых волоконных световодов, легированных Р2О5 и А1203м, Квант, электроника, 34, 843 (2004).

21. M.A. Mellcoumov, I.A. Bufetov, М.М. Bubnov, K.S. Kravtsov, S.L. Semjonov, A.V. Shubin, E.M. Dianov, "Ytterbium lasers based on P205- and

22. Al203-doped fibers", Proc. Of the Conf. ECOC, Thl.3.2 (2004).

23. H.M. Paslc, RJ. Carman, D.C. Hanna, A.C. Tropper, C.J. Mackechnie, P.R. Barber, J.M. Dawes, "Ytterbium-doped silica fiber lasers: versatile sources for the 1-1.2 jim region", IEEE Journal of Select. Top. Quant. Electron., 1, 2 (1995).

24. S.E. Stokowski, R.A. Saroyan, M.J. Weber, "Nd-doped laser glass spectroscopic and physical properties", M-095, Rev.2, Lawrence Livermore National Laboratory (1981).

25. V.P. Gapontsev, S.M. Matitsin, A.A. Isineev, V.B. Kravchenko, "Erbium glass lasers and their applications", Opt. Laser Technol., 14, 189 (1982).

26. M. Shimizu, M. Yamada, M. Horiguchi, E. Sugita, "Concentration effects on optical amplification characteristics of Er-doped silica single-mode fibers", IEEE Photon. Technol. Letters, 2, 43 (1990).

27. K. Arai, H. Namikawa, K. Kumata, T. Honda Y. Ishii and T. Handa, "Aluminium or phosphorus co-doping effects on the fluorescence and structural properties of neodymium-doped silica glass", Journal of Appl. Phys., 59, 3430 (1986).

28. M.J.F. Digonnet, Rare-Earth-Doped Fiber Lasers and Amplifiers, Marcell Deklcer Inc., New York, 2001.

29. K.O. Hill, Y. Fujii, D.C. Johnson, and B.S. Kawasaki, "Photosensitivity in optical fiber waveguides: Application to reflection filter fabrication" Appl Phys. Lett., 32, 647 (1978).

30. G. Meltz, W.W. Morey, and W.H. Glenn, "Formation of Bragg gratings in optical fibers by a transverse holographic method", Optics Letters, 14, 8231989).

31. R. Kashyap, J.R. Armitage, R. Wyatt, S.T. Davey, and D.L. Williams, "Allfiber narrowband reflection gratings at 1500 nrn", Electronics Letters, 26, 7301990).

32. G.A. Ball, W.W. Morey, J.P. Waters, "Nd3+ fiber laser utilizing intracore Bragg reflectors", Electronics Letters, 26, 1829 (1990).

33. Г. Агравал, Нелинейная волоконная оптика, Мир, Москва, 1991.

34. A. Hideur, Т. Chartier, С. Ozkul, and F. Sanchez, "All-fiber tunable ytterbium-doped double-clad fiber ring laser," Optics Letters, 26, 1054 (2001).

35. J. Nilsson, S.-U. Alam, J.A. Alvarez-Chavez, P.W. Turner, W.A. Clarkson, and A.B. Grudinin, "High-Power and Tunable Operation of ErbiumYtterbium Co-Doped Cladding-Pumped Fiber Lasers", IEEE Journal of Quantum Electronics, 39, 987 (2003).

36. J. Porta, A.B. Grudinin, Z.J. Chen, J.D. Minelly, and NJ. Traynor, "Environmentally stable picosecond ytterbium fiber laser with a broad tuning range", Optics Letters, 23, 615 (1998). ■

37. C.S. Qin, G.C. Huang, K.T. Chan, K.W. Cheung, "Low drive power, sidelobe free acousto-optic tunable filters/switches", Electronics Letters, 31, 1237 (1995).

38. C. Cutler, "Why does linear phase shift cause mode locking", IEEE Journal of Quantum Electronics, 28, №1, 282, (1992).

39. E.M. Дианов, С.В. Фирстов, В.Ф. Хопин, А.Н. Гурьянов, И.А. Буфетов, "Висмутовые волоконные лазеры и усилители, работающие в области 1.3 мкм", Квантовая Электроника, 38, 615 (2008).

40. V. Shcheslavskiy, V.V. Yakovlev, A. Ivanov, "High-energy self-starting femtosecond Cr4+:Mg2Si04 oscillator operating at a low repetition rate", Optics Letters, 26, 1999 (2001).

41. R. Paschotta, J. Nilsson, A. Tropper, D. Hanna, "Ytterbium-doped fiber amplifiers", IEEE Journal of Quantum Electronics, 33, 1049 (1997).

42. J. Kirchhof, S. Unger, "Codoping Effects in Fibers for Active Applications", OFC'99, WM1 (1999).

43. В J. Ainslie, "A review of the fabrication and properties of erbium-doped fibers for optical amplifiers", Journal of Lightwave Technology, 9, 220 (1991).

44. A.B. Grudinin, P.W. Turner, M. Ibsen, M.K. Durkin, L.J.A. Nilsson, D.N. Payne, Zervas, "AN OPTICAL FIBRE ARRANGEMENT", Patent #WO 00/67350.

45. A.B. Grudinin, P.W. Turner, C. Codemard, et. al., Conference ofECOC'2002, Copenhagen, Denmark, PD1.6 (2002).

46. Е. Snitzer, Н. Ро, F. Hakimi, R. Tumminelli, B.C. McCollum, "Double-clad, offset core Nd fiber laser", Proc. Conf Optical Fiber Sensors, Post deadline paper PD5 (1988).

47. A. Liu, К. Ueda, "The absorption characteristics of circular, offset, and rectangular double-clad fibers", Optics Communications, 132, 511 (1996).

48. M.A. Мелькумов, И.А. Буфетов, M.M. Бубнов, А.В. Шубин, C.JI. Семенов, Е.М. Дианов, "Распределение излучения накачки в лазерных волоконных световодах с многоэлементной первой оболочкой", Квантовая электроника, 35, 996 (2005).

49. Y. Fujimoto and М. Nakatsulca, "Optical amplification in bismuth-doped silica glass", Appl. Phys. Letters, 82, 3325 (2003).

50. E.M. Dianov, V.V. Dvoyrin, V.M. Mashinsky, A.A. Umnikov, M.V. Yashkov, and A.N. Guryanov, "CW bismuth-doped fiber laser", Quantum Electronics, 35, 1083 (2005).

51. I. Razdobreev, L. Bigot, V. Pureur, A. Favre, G. Bouwmans, and M. Douay, "Efficient all-fiber bismuth-doped laser", Appl Phys. Lett., 90, 0311032007).

52. V.G. Truong, L. Bigot, A. Lerouge, M. Douay, I. Razdobreev, "Study of thermal stability and luminescence quenching properties of bismuth-doped silicate glasses for fiber laser applications", Applied Phys. Letters, 92, 0419082008).

53. V.V. Dvoyrin, O.I. Medvedkov, V.M. Mashinsky, A.A. Umnikov, A. N. Guryanov, E.M. Dianov, "Optical amplification in 1430-1495 nm range and laser action in Bi-doped fibers", Optics Express, 16, 16971 (2008).

54. P. Zhiwu, S. Qiang, Z. Jiyu, "Luminescence of Bi3+ and the energy transfer from Bi3+ to R3+ (R=Eu, Dy, Sm, Tb) in alkaline-earth borates", Solid State Communications, 86, 377 (1993).

55. A. B. Rulkov, A. A. Ferin, S. V. Popov and J. R. Taylor, I. Razdobreev, L. Bigot and G. Bouwmans, "Narrow-line, 1178nm CW bismuth-doped fiber laser with 6.4W output for direct frequency doubling", Optics Express, 15, 5473 (2007).

56. E.M. Dianov, A.V. Shubin, M.A. Melkumov, O.I. Medvedkov, and I.A. Bufetov, "High-power cw bismuth-fiber lasers", JOSA B, 24, 1749 (2007).

57. I.A. Bufetov, K.M. Golant, S.V. Firstov, A.V. Kholodkov, A.V. Shubin, E.M. Dianov, "Bismuth activated alumosilicate optical fibers fabricated by surface-plasma chemical vapor deposition technology", Applied Optics, 47, 4940 (2008).

58. V.M. Mashinsky, V.V. Dvoyrin, E.M. Dianov, "New Results on the Efficiency of Bismuth Fiber Lasers", OFC/NFOEC Conference, paper OThNl, 24-28 Feb. 2008.

59. C.E. Max, S.S. Olivier, H.W. Friedman, J. An, K. Avicola, B.V. Beeman,

60. H.D. Bissinger, J.M. Brase, G.V. Erbert, D.T. Gavel, K. Kanz, M.C. Liu, B. Macintosh, K.P. Neeb, J. Patience, and K.E. Waltjen, "Image improvement from a sodium-layer laser guide star adaptive optics system," Science, 277, 1649 (1977).

61. C.F. Blodi, S.R. Russell, J. S. Padilo, J. C. Folk, "Direct and feeder vessel photocoagulation of retinal angiograms with dye yellow laser", Ophthalmology, 6, 791 (1990).

62. E. Desurvire, "Optical communications in 2025", Proceedings of the 31st European Conference on Optical Communication (ECOC, 2005). Vol. 1, p. 5.

63. LP. Alcock, A.I. Ferguson, D.C. Hanna, A.C. Tropper, "Tunable, continuous-wave neodymium-doped monomode-fiber laser operating at 0.900-0.945 and1.07-1.135 jim", Optics Letters, 11, 709 (1986).

64. W.L. Barnes, J.E. Townsend, "Highly tunable and efficient diode pumped operation of Tm3+ doped fiber lasers", Electron. Letters, 26, 746 (1990).

65. Y. Shi, C.V. Poulsen, M. Sejka, M. Ibsen, O. Poulsen, "Tunable Pr3+- doped silica-based fiber laser", Electron. Letters, 29, 1426 (1993).

66. S.D. Jackson and Y. Li, "High-power broadly tunable Ho3+-doped silica fibre laser", Electron. Letters, 40, 37630 (2004).

67. R. Bohm, A. Stephani, V.M. Baev, and P.E. Toschek, "Intracavity absorption spectroscopy with a Nd3+-doped fiber laser", Optics Letters,. 18, 1955 (1993).

68. E.F. Stephens, H. Patrick and S.L. Gilbert, "Electronically tunable fiber laser for optical pumping of 3He and 4He", Rev. Sci. Instrum., 67, 843 (1996).

69. С.П. Анохов, Т.Я. Марусий, M.C. Соскин, Перестраиваемые лазеры, Радио и связь, Москва, 1982.

70. A. Frenlcel, С. Lin, "In-line turnable etalon filter for optical channel selection in high density wavelength-division-multiplexed fiber systems", Electronics1. Letters, 24, 159(1988).

71. F. Chollet, J.-P. Goedgebuer, H. Porte, and A. Hamel, "Electrooptic Narrow Linewidth Wavelength Tuning and Intensity Modulation of an Erbium Fiber Ring Laser", IEEE Photon. Technol. Letters, 8, 1009 (1996).

72. D.A. Smith, M.W. Maeda, J.J. Johnson, J.S. Patel, M.A. Saifi, and A. Von Lehmen, "Acoustically tuned erbium-doped fiber ring laser", Optics Letters, 16,387(1991).

73. K. Doughty, D.E.L. Vaughan, K. Cameron, D.M. Bird, "Novel acoustically tuned fibre laser", Electronics Letters, 29, 31 (1993).

74. G.A. Ball and W.W. Morey, "Compression tuned single frequency Bragg grating fiber laser", Optics Letters, 19, 1979 (1994).

75. S.A. Babin, D.V. Churkin, S.L Kablukov, M.A. Rybakov, and A.A. Vlasov, "All-fiber widely tunable Raman fiber laser with controlled output spectrum",

76. Optics Express, 15, 8438 (2007).

77. S.H. Yun, I.K. Hwang, and B.Y. Kim, "All-fiber tunable filter and laser based on two-mode fiber", Optics Letters, 21, 27 (1996).

78. I.C. Chang, "Collinear beam acousto-optic tunable filters", Electronics Letters, 28, 1255 (1992).

79. I.P. Kaminow, "Polarization in optical fibers", IEEE Journal of Quant. Electron, 17, 15 (1981).

80. M.E. Fermann, L.M. Yang, M.L. Stock, M.J. Andrejco, "Environmentally stable Kerr-type modelocked erbium fiber laser producing 360 fsec pulses", Optics Letters, 19, 43 (1994).

81. D.G. Cooper, J.L. Dexter, R.D. Esman, "Widely tunable polarization-stable fiber lasers", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electron1, 14 (1995).91. http://www.mt-berlin.com.

82. M.E. Fermann, F. Haberl, M. Hofer, H. Hochreiter, "Nonlinear Amplifying Loop Mirror", Optics Letters, 15, 752 (1990).

83. M.E. Fermann, M.J. Andrejco,Y. Silberberg, M.L. Stock, "Passive mode locking by using nonlinear polarization evolution in a polarization-maintaining erbium-doped fiber", Optics Letters, 18, 894 (1993).

84. K. Tamura, E.P. Ippen, H.A. Haus, L.E. Nelson, "77 fs Pulse generation from a stretched-pulse mode-locked all-fiber ring laser", Optics Letters, 18, 1080 (1993).

85. H.A. Haus, E.P. Ippen, K. Tamura, "Additive-pulse mode-locking in fiber lasers", IEEE Journal of Quant. Electron., 30, 200 (1994).

86. M. Zirngibl, L.W. Stulz, J. Stone, J. Hugi, D. DiGiovanni, P.B. Hansen, "1.2 ps pulses from passively modelocked laser diode pumped Er-doped fibre ringlaserElectron. Letters, 27, 1734 (1991).f

87. O. Okhotnikov, A. Grudinin, M. Pessa, "Ultra-fast fibre laser systems based on SESAM technology: new horizons and applications", New J. of Physics, 6, 177 (2004).

88. M.E. Fermann, D.J. Harter, J.D. Minelly, G.G. Vienne, "Cladding-pumped passively mode-locked fiber laser generating femtosecond and picosecond pulses", Optics Letters, 21, 967 (1996).

89. F. Krausz, T. Brabec, and C. Spielmann, "Self-starting passive mode locking", Optics Letters, 16, 235 (1991).

90. L.R. Brovelli, U. Keller, T.H. Chiu, "Design and operation of antiresonant Fabry-Perot saturable semiconductor absorbers for mode-locked solid-state lasers", J. Optical Soc. Am. B, 12, 311 (1995).

91. R. Herda, O. Okhotnikov, "Dispersion Compensation-free fiber laser mode-locked and stabilized by high-contrast saturable absorber mirror", IEEE Journal of Quantum Electronics, 40, 893 (2004).

92. C. Honninger, R. Paschotta, F. Morier-Genoud, M. Moser, U. Keller, "Q-switching stability limits of continuous-wave passive mode locking", J. Optical Soc. Am. B, 16, 46 (1999).

93. E.P. Ippen, "Principles of Passive Mode Locking", Applied Physics B, 58, 159 (1994).

94. M. Guina, N. Xiang, A. Vainionpaa, O.G. Okhotnikov, T. Sajavaara, J. Keinonon, "Self-starting stretched-pulse fiber laser mode locked and stabilized with slow and fast semiconductor saturable absorbers", Optics Letters, 26, 1809 (2001).

95. R. Paschotta, U. Keller, "Passive mode locking with slow saturable absorbers", Applied Physics B, 73, 653 (2001).

96. O.G. Okhotnikov, L. Gomes, N. Xiang, T. Jouhti, A.B. Grudinin, "Mode-locked ytterbium fiber laser tunable in the 980-1070-nm spectral range", Optics Letters, 28, 1522 (2003).

97. M. Rusu, R. Herda, O. Okhotnikov, "Passively synchronized erbium (1550-nm) and ytterbium (1040-nm) mode-locked fiber lasers sharing a cavity", Optics Letters, 29, 2246 (2004).

98. H. Lim, F.O. Ilday, F.W. Wise, "Femtosecond ytterbium fiber laser with photonic crystal fiber for dispersion control", Optics Express, 10, 1497 (2002).

99. A.V. Avdokhin, S.V. Popov and J.R. Taylor, "Totally fiber integrated, figure-of-eight, femtosecond source at 1065 nm", Optics Express, 11, 265 (2003).

100. H. Lim and F. W. Wise, "Control of dispersion in a femtosecond ytterbium laser by use of hollow-core photonic bandgap fiber", Optics Express, 12, 2231 (2004).

101. A. Isomaki and O. G. Okhotnikov, "All-fiber ytterbium soliton mode-locked laser with dispersion control by solid-core photonic bandgap fiber", Optics Express, 14, 4368 (2006).

102. J. W. Nicholson, S. Ramachandran, S. Ghalmi, "A passively-modelocked, Yb-doped, figure-eight, fiber laser utilizing anomalous-dispersion higher-order-mode fiber", Optics Express, 15, 6623 (2007).

103. F. Oulette "Dispersion cancellation using linearly chirped Bragg grating filters in optical waveguides", Optics Letters, 12, 847 (1987).

104. M. Hofer, M.H. Ober, R. Hofer, M.E. Fermann, G. Sucha, D. Harter, K. Sugden, I. Bennion, C.A.C. Mendonca, T. Chiu, "High-power neodymium soliton fiber laser that uses a chirped fiber grating", Optics Letters, 20, 1701 (1995).

105. M.E. Fermann, M. Hofer, F. Haberl, M.H. Ober, A.J. Schmidt, "Additive-pulse-compression mode locking of a neodymium fiber laser", Optics Letters, 16, 244(1991).

106. J.-C. Diels, W. Rudolph, Ultrashort laser pulse phenomena, Academic Press, 1996.

107. E.B. Treacy, "Optical pulse compression with diffraction gratings", IEEE Journal of Quantum Electronics, 5, 454 (1969).

108. P. Myslinski, J. Chrostowski, J.A. Koningstein, J.R. Simpson, "High power Q-switched erbium doped fiber laser", IEEE Journal of Quantum Electronics, 28,371 (1992).

109. A. Chandonnet, G. Larose, "High-power Q-switched erbium fiber laser using an all-fiber intensity modulator", Opt. Eng., 32, 2031 (1993).

110. J.E. Midwinter, "The theory of Q-switching applied to slow switching and pulse shaping for solid state lasers", Br. Journal of Appl. Phys., 16, 1125 (1965).

111. M. Sejka, C.V. Poulsen, J.H. Povlsen, Y. Shi, O. Poulsen, "High repetition rate Q-switched ring laser in Er3+-doped fiber", Optical Fiber Technol., 1, 167 (1995).

112. D. Taverner, D.J. Richardson, L. Dong, J.E. Caplen, K. Williams, and R.V. Penty, "158-jjJ pulses from a single-transverse-mode, large-mode-area erbium-doped fiber amplifier", Optics Letters, 22, 378 (1997).

113. P. Koplow, L. Goldberg, R. P. Moeller, and D. A. V. Kliner, "Singlemode operation of a coiled multimode fiber amplifier", Optics Letters, 25, 442 (2000).

114. A. Galvanauskas, M.-Y. Cheng, K.-C. Hou, and K.-H. Liao, "High Peak Power Pulse Amplification in Large-Core Yb-Doped Fiber Amplifiers", IEEE Journal of Selected Topics in Quant. Electron., 13, 3, 559 (2007).

115. R.A. Sammut, "Range of monomode operation of W-fibres'\ Optical and Quantum Electronics, 10, 509 (1978).

116. N.A. Mortensen, J.R. Folkenberg, M.D. Nielsen, and K.P. Hansen, "Modal cut-off and the V-parameter in photonic crystal fibers", Optics Letters, 28, 1879 (2003).

117. J. Limpert, O. Schmidt, J. Rothhardt, F. Roser, T. Schreiber, and A. Tiinnermann, "Extended single-mode photonic crystal fiber lasers", Optics Express, 14, 2715 (2006).

118. J. Limpert, A. Liem, M. Reich, T. Schreiber, S. Nolte, H. Zellmer, A. Tunnermann, J. Broeng, A. Petersson, C. Jakobsen, "Low-nonlinearity single' transverse-mode ytterbium-doped photonic crystal fiber amplifier", Optics1. Express, 12, 1313 (2004).

119. A. A. Krylov, "30W Yb3+ pulsed fiber laser with wavelength tuning and its second harmonic generation", Proc. SPIE, vol. 6610, 66100D (2007).

120. B.L. Davydov, А.А. Krylov, "30W Yb3+- pulsed fiber laser with wavelength tuning", Laser Physics, 17, N12,1404-1415 (2007).

121. JI.H. Магдич, В.Я. Молчанов, Акустооптические устройства и их применение, Советское радио, Москва, 1978.

122. В.И. Балакший, В.Н. Парыгин, JI.E. Чирков, Физические основы акустооптики, Радио и связь, Москва, 1985.

123. Б.Л.Давыдов, Д.И.Ягодкин, "Компактные призмы для поляризационного разделения пучков волоконных лазеров", Квантовая Электроника, 35, 1064 (2005).

124. Ю.Н. Беляев, С.П. Кузнецов, М.А. Новиков, Изв. Вузов, Сер. Радиофизика, 21, 388 (1978).

125. H. Sabert, Е. Brinkmeyer, "Pulse generation in fiber lasers with frequency shifted feedback", Journal of Lightwave Technology, 12, 1360, (1994).

126. C. Martijn de Sterke, M.J. Steel, "Simple model for pulse formation in lasers with a frequency-shifting element and nonlinearity", Optics Communications, 117, 469,(1995).

127. В.Л. Калашников, В.П. Калоша, И.Г. Полойко, В.П. Михайлов, "Синхронизация мод непрерывных твердотельных лазеров за счет линейного и нелинейного частотных сдвигов", Квантовая Электроника, 22, 1107,(1995).

128. Y.T. Chieng, and G.J. Cowle, "Suppression of Relaxation Oscillations in Tunable Fiber Lasers with a Nonlinear Amplified Loop Mirror", IEEE Photon. Technol. Letters, 7, 485 (1995).

129. S.A. Babin, D.V. Churkin, A.E. Ismagulov, S.I. Kablulcov, E.V. Podivilov, "Spectral broadening in Raman fiber lasers", Optics Letters, 31, 3007 (2006).

130. S.A. Babin, D.V. Churkin, A.E. Ismagulov, S.I. Kablukov, E.V. Podivilov, "Four-wave-mixing-induced turbulent spectral broadening in a long Raman fiber laser", J Opt. Soc. Am. B, 24, 1729 (2007).

131. A.A. Krylov, E.M. Dianov, V.V. Dvoyrin, P.G. Kryukov, V.M. Mashinsky, O.G. Okhotnikov, M. Guina, "Mode-locked Bi-doped fiber laser", Journal Opt. Soc. of Am. (.В% vol. 24, N8,1807-1808 (2007).

132. A.A. Крылов, B.B. Двойрин, B.M. Машинский, П.Г.Крюков, О.Г. Охотников, M. Гуина, "Синхронизация мод в висмутовом волоконном лазере с помощью SESAM", Квант, электроника, 38, N3, 233-238 (2008).

133. А.Е. Левченко, А.С. Курков, C.JI. Семенов, "Измерение дисперсии в волоконных световодах с микроструктурированной оболочкой", Квант, электроника, 35, №9, 835 (2005).

134. Y. Arai, Т. Suzuki, Y. Oshishi, S. Morimoto, S. Khonthon, "Ultrabroadband near-infrared emission from a colorless bismuth-doped glass", Appl. Phys. Lett, 90, 261110(2007).

135. J.-C. Diels, J. Fontaine, I.C. McMichael, F. Simoni, "Control and measurement of ultrashort pulse shapes (in amplitude and phase) with femtosecond accuracy", Applied Optics, 24, 1270 (1985).

136. J.N. Kutz, B.C. Collings, K. Bergman, S. Tsuda, C. Cundiff, W.H. Knox, P. Holmes, M. Weinstein, "Mode-locked pulse dynamics in a fiber laser with a saturable Bragg reflector", Journal Opt. Soc. Am. B, 14, 2681 (1997).

137. A.A. Крылов, П.Г. Крюков, E.M. Дианов, О.Г. Охотников, М. Гуина, "Импульсный волоконный висмутовый лазер с внутрирезонаторной компенсацией дисперсии групповых скоростей", Квант, электроника, 39, N1, 21-24 (2009).

138. L.E. Nelson, D.J. Jones, К. Tamura, Н.А. Haus, Е.Р. Ippen, "Ultrashort-pulse fiber ring lasers", Appl. Phys. B, 65, 277 (1997).

139. И.Р. Шен, Принципы нелинейной оптики, Наука, Москва, 1989.

140. S. Kivisto, J. Puustinen, М. Guina, O.G. Okhotnikov, and E.M. Dianov, "Tunable mode-locked bismuth-doped soliton fiber laser", Electronics Letters, 44, N25, 1456 (2008).