Исследование механизмов уширения спектра генерации волоконных ВКР-лазеров тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи

Чуркин Дмитрий Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ УШИРЕНИЯ СПЕКТРА ГЕНЕРАЦИИ ВОЛОКОННЫХ ВКР-ЛАЗЕРОВ

01.04.05 "Оптика" 01.04.21 "Лазерная физика"

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Новосибирск — 2006

Работа выполнена в Институте автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

доктор физико-математических наук Бабин Сергей Алексеевич доктор физико-математических наук Курков Андрей Семенович

кандидат физико-математических паук Кобцев Сергей Михайлович доктор физико-математических паук, профессор Федорук Михаил Петрович

Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Защита состоится "18" мая 2006 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 003.005.01 при Институте автоматики и электрометрии СО РАН, 630090 Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института автоматики и электрометрии СО РАН.

Автореферат разослан "17" апреля 2006 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

д.ф.-м.н. I/ Насыров К.А.

200СА

эагв

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Один из основных векторов развития волоконной оптики сегодня — создание и дальнейшее совершенствование волоконных лазеров Богатые технические возможности волоконных лазеров, а также их высокие эксплуатационные характеристики не оставляют никаких сомнений в том, что в скором времени они заменят в большинстве применений своих предшественников в ближней инфракрасной области спектра.

К наиболее перспективным волоконным источникам лазерного излучения можно с уверенностью отнести волоконный ВКР-лазер [1,2], в котором излучение накачки последовательно преобразуется в излучение стоксовых компонент за счет процесса вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР). Одной из характерных особенностей ВКР-лазера является его способность излучать практически на любой длине волны в области 1,1-1,7мкм. Так, одноступенчатые ВКР-лазеры на основе германосиликатного волокна излучают до 10-20 Вт в области 1,1 мкм [3,4], трехступенчатые используются для генерации излучения в области 1,26 мкм [1], пятиступенчатые — в области 1,48 мкм [5]. Использование световодов с высокой концентрацией двуокиси германия позволяет отодвинуть верхнюю границу диапазона достижимых для генерации с помощью ВКР-лазера длин волн до 2,2 мкм [6].

Для получения генерации на заданной длине волны с помощью меньшего числа ступеней используются волокна с большим стоксовом сдвигом, такие как фосфосиликатное волокно. В его спектре ВКР-усиления кроме линии на ~ 420-440 см-1, присутствующей и в гер-маносиликатном волокне, имеется также интенсивная линия на ~ 1330 см-1 ~ 40ТГц [7]. Генерация на длинах волн 1,24 мкм и 1,48 мкм в ВКР-лазере на основе фосфосиликатного волокна может быть получена лишь с помощью одно- и двухступенчатого преобразования излучения накачки с длиной волны 1,06 мкм [8]. Таким образом, разработка фос-фосиликатных ВКР-лазеров и изучение их выходных характеристик представляет особый интерес.

Важным преимуществом волоконных ВКР-лазеров является их способность генерировать на нескольких длинах волн одновременно: до 58 линий [9]. Многоволновые ВКР-лазеры активно применяют в качестве источников сигнала в телекоммуникационных системах передачи данных со спектральным уплотнением каналов (\¥ОМ-системах). С другой стороны, многоволновые ВКР-лазеры можно также использовать в качестве источников накачки волоконных усилителей, что позволяет рас-

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С.-Петербург

ОЭ 200б»кт З^У

ширить полосу усиления, минимизировать неравномерность усиления и уменьшить относительный вклад шумов [10]. Таким образом, важной задачей является изучение спектральных характеристик волоконных ВКР-лазеров с целью выяснения механизмов формирования спектра генерации. Одним из основных вопросов здесь является вопрос о характере насыщения ВКР-усиления в волокне, в частности в фосфо-силикатном волокне.

В последние годы акцент проводимых исследований сместился в сторону расширения возможностей ВКР-лазеров за счет изменения и управления их спектральными характеристиками. В частности были предприняты попытки создать перестраиваемые волоконные ВКР-лазеры [11]. Очевидно, что задача расширения диапазона перестройки длины волны генерации ВКР-лазера также тесно связана с задачей исследования механизмов формирования спектра генерации.

Одним из наиболее актуальных практических вопросов на сегодняшний день является создание волоконных ВКР-лазеров, излучающих в видимом диапазоне длин волн (550-770 нм). Лазерные источники излучения в данном диапазоне мощностью несколько сотен милливатт крайне важны, в частности, для медицинских применений. Приоритетным направлением в разработке подобных волоконных источников является удвоение частоты волоконных ВКР-лазеров. Внутрирезонатор-ное удвоение частоты [12] оказывается крайне неэффективным ввиду большой спектральной ширины излучения ВКР-лазера. А устройства на основе внерезонаторной схемы с использованием периодически ориентированных кристаллов [13] имеют слишком высокую цену и малый срок службы. При этом из-за большой спектральной ширины излучение основной гармоники также не полностью преобразуется в излучение на удвоенной частоте. Решение задачи эффективного, в том числе с точки зрения дальнейших применений, удвоения частоты волоконных ВКР-лазеров требует разработки методов сужения спектра генерации ВКР-лазера. Для этого необходимо провести исследование механизмов уширения спектра генерации, в том числе выяснить роль нелинейных эффектов, проявлению которых способствуют высокие интенсивности лазерного излучения в сердцевине волокна и большие длины взаимодействия.

Цели работы, исходя из вышесказанного, были сформулированы следующим образом:

1. Изучение выходных характеристик волоконного ВКР-лазера на основе фосфосиликатного волокна.

2. Исследование механизмов формирования и уширения спектра генерации волоконного ВКР-лазера.

3. Исследование влияния нелинейных эффектов на спектральные характеристики волоконного ВКР-лазера.

Новизна работы: Полученные в диссертации экспериментальные результаты позволили построить достаточно полную картину формирования и уширения спектра генерации волоконных ВКР-лазеров. При этом впервые были экспериментально исследованы новые эффекты последовательного насыщения мощностей волны накачки и стоксо-вых компонент, переноса флуктуаций интенсивности из волны накачки в стоксовые компоненты в ВКР-лазере, объяснена форма выходного спектра ВКР-лазера, а также впервые измерены характер насыщения ВКР-усиления и параметры эффекта вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ) в фосфосиликатном волокне. Наконец, была выяснена роль четырехволнового смешения (ЧВС) в формировании спектра генерации.

Практическая значимость' Практическая ценность полученных результатов определяется в первую очередь тем, что в диссертации описаны основные механизмы уширения спектра генерации волоконных ВКР-лазеров, анализ которых позволяет разработать методы сужения и управления спектром генерации, что является важным для разработки многоволновых, перестраиваемых ВКР-лазеров и лазеров с удвоением частоты. Кроме того, так как шумы интенсивности ВКР-лазера являются одним из ключевых параметров при применении ВКР-лазеров в качестве источников накачки волоконных усилителей, то особую значимость имеет идентификация причины возникновения шумов и указание на то, при каких параметрах могут быть достигнуты предельные шумы интенсивности.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Мощности волны накачки и стоксовых компонент в каскадном волоконном ВКР-лазере насыщаются последовательно.

2. Форма спектра выходного излучения ВКР-лазера определяется спектральными характеристиками волоконных брэгговских решеток (ВБР), образующих резонатор лазера.

3. ВКР-усиление в фосфосиликатном волоконном ВКР-лазере насыщается однородно за счет истощения накачки.

4. Флуктуации интенсивности в волоконном ВКР-лазере полностью переносятся из волны накачки в стоксовы компоненты.

5. Эффект ВРМБ не влияет на спектральные характеристики фос-фосиликатного ВКР-лазера.

6. Четырехволновое смешение является основной причиной ушире-ния спектра генерации в волоконном ВКР-лазере.

Апробация работы. Результаты были доложены на 11 международных конференциях' 3 и 4 Летняя школа по фоточувствительности волноводов и стекол, Р(ЖАС02 и РО\¥АС04 (Санкт-Петербург, 2002, Ват, Англия, 2004); Международная конференция по квантовой электронике совместно с Международной конференцией по применению лазеров и лазерным технологиям, 1С}ЕС/ЬАТ02 (Москва, 2002), 7 Международный симпозиум по лазерной метрологии и ее применениях в науке, промышленности и повседневной жизни, ЬМ'02 (Новосибирск, 2002), 13 Международная конференция по оптике лазеров, ЬО'ОЗ (Санкт-Петербург, 2003); Международная конференция но волоконно-оптическим системам связи, СЖС'04 и ОРС'Об (Лос-Анджелес, США, 2004; Анахайм, США, 2005); Международный симпозиум по физике лазеров, ЬРНУ8'04 (Триест, Италия, 2004); Международная конференция по когерентной и нелинейной оптике совместно с Международной конференцией по применению лазеров и лазерным технологиям, 1С(ЖО/ЬАТ"05 (Санкт-Петербург, 2005); 3 Международный оптический форум "Оптика 2005" и научно-практическая конференция "Оптика XXI" (Москва, 2005); 10 ежегодный симпозиум Электро-оптического и лазерного общества стран Бенилюкс, ЬЕ08-Вепе1их'05 (Монс, Бельгия, 2005). Результаты также докладывались на семинарах Института автоматики и электрометрии СО РАН, Астоновского университета (Бирмингем, Великобритания), Института оптики, точной механики и физики (Чанчунь, Китай).

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, в котором сформулированы защищаемые положения, четырех глав с изложением материала диссертации и заключения, в котором перечислены основные результаты. Общий объем диссертации составляет 134 страницы и включает 26 рисунков и список литературы из 152 наименований

Содержание работы

Во Введении описано современное состояние области волоконной оптики, посвященной исследованию волоконных ВКР-лазеров, проанализированы имеющиеся к настоящему времени достижения и указаны основные направления дальнейшего развития волоконных ВКР-лазеров. Также обсуждается актуальность темы диссертации и сформулированы цели диссертационный работы. В конце приведено краткое содержание диссертации и сформулированы защищаемые положения.

Материал диссертации разбит на четыре главы, первая из которых является методической, а остальные три главы посвящены изложению материала исследований в соответствии с этапами работы.

В первой главе описаны принципы работы и устройство волоконного ВКР-лазера. Приведены основные сведения о процессе ВКР в световодах и его свойствах; выписывается система уравнений, описывающая каскадную генерацию стоксовых компонент в оптоволокне, и указываются пределы ее применимости. Дано детальное описание различных конфигураций волоконных ВКР-лазеров, а также приводится исторический анализ использующихся для расчета и оптимизации ВКР-лазеров численных и аналитических моделей. В конце главы дается описание двухступенчатого волоконного ВКР-лазера на основе фосфосиликатно-го волокна, являющегося объектом исследований.

Вторая глава посвящена детальному экспериментальному и теоретическому исследованию эффектов последовательного насыщения мощностей волны накачки и стоксовых компонент. Показывается, что при генерации первой стоксовой компоненты проходящая мощность накачки испытывает истощение, а при генерации второй стоксовой компоненты насыщается выходная мощность первой стоксовой компоненты, тогда как мощность проходящей волны накачки начинает снова расти. Дано теоретическое обоснование наблюдаемых эффектов. Качественное совпадение результатов модели и эксперимента достигается при учете эффективного коэффициента пропускания волоконных брэгговских решеток, вызванного спектральным уширением. Далее анализируется форма выходного спектра ВКР-лазера. Выходной спектр первой стоксовой компоненты оказывается расщепленным и симметричным или антисимметричным в зависимости от взаимного спектрального положения ВБР, образующих резонатор. В предположении независимости генерации различных продольных мод и насьпцениия усиления построена феноменологическая модель, которая качественно описывает форму выходного спектра, в том числе расщепление и ассиметрию, см. Рис. 1.

Экспериментально и теоретически также показано, что в случае неплотного резонатора выходной спектр не является расщепленным.

В третьей главе описаны результаты исследований характера насыщения линии ВКР-усиления в фосфосиликатном волокне. Описана методика измерений ВКР-усиления в оптическом волокне методом активной спектроскопии комбинационного рассеяния (АСКР), который обычно используется для анализа свойств газовых сред, но также может быть применен и для изучения оптических волокон. Полученные экспериментальные результаты и их сравнение с моделью постоянного коэффициента ВКР-усиления (дп = const) убедительно показывают, что ВКР-усиление gsL = qrPpL в фосфосиликатном волокне насыщается однородным образом даже при мощностях волны накачки и стоксовой компоненты ~ 3 Ватт, где Рр — средняя вдоль волокна мощность накачки, L —длина волокна. При этом коэффициент ВКР-усиления да остается неизменным с ростом мощностей, а причиной наблюдаемого насы-

— 1-ехр[-(ар+^здР.)2£] щения является истощение волны накачки: Рр = /о-а +^.gRp->

где Р0 — входная мощность накачки, ар — линейные потери для волны накачки, Ар, А3— длины волн накачки и первой стоксовой компоненты соответственно, Ps — полная внутрирезонаторная мощность первой стоксовой компоненты, дя — коэффициент ВКР-усиления. Также показано, что альтернативные эффекты (эффект ВРМБ, эффект ЧВС, нестационарность процесса генерации стоксовой компоненты) не могут изменить основного вывода о характере и механизмах наблюдаемого насыщения ВКР-усиления.

Четвертая, заключительная, глава посвящена изучению влияния различных нелинейных эффектов на спектр генерации волоконного ВКР-лазера. На основе проведенных измерений параметра эффекта ВРМБ в фосфосиликатном волокне было показано, что спектральная плотность мощности стоксовой компоненты в фосфосиликатном ВКР-лазере не достаточна для генерации рассеянной бриллюэновской волны. Эффект ВРМБ не проявляется, так как спектр генерации оказывается уширенным даже в припороговом режиме- несмотря па однородный характер насыщения ВКР-усиления, спектр генерации формируется таким же образом, как и в случае независимой генерации различных продольных мод, то есть определяется спектральной формой потерь в резонаторе. Далее экспериментально и теоретически исследуется спектр межмодовых биений волоконного ВКР-лазера. Показывается, что спектр межмодовых биений первой стоксовой компоненты "копирует" спектр межмодовых биений накачки, то есть флуктуации интеп-

12«0 ИМ 13Н

Длина волны, им

/ ♦ •

11(0 121] 12(4 13««

Дгшка волны, им

1110 12*2 ИМ

Длина волны, ну

12(2 12«« Длина волны,нн

Рис. 1. Экспериментальный (верхняя строка) и расчетный (нижняя строка) спектр выходного излучения Ря(А) на длине волны 1,26 мкм при различных расстройках ДА выходной решетки (1,26 мкм) относительно спектра входной решетки ДА = —0,25 нм (столбец а), ДА = Онм (столбец б), ДА = 0,25нм (столбец в)

2.5

0 2.0 ы

5

х 15 ад

с; г и

>- 10 -

О. ^

00

05 Н

г

.' г

.-/• * '.ч

00^^---

1926 928 930 932 Длина волны пробного поля, нм

Рис 2 Спектр ВКР-усиления д,Ь = днРрЬ при различных мощностях накачки Р0 и различных внутрирезонаторных мощностях стоксовой компоненты Ря' кружки Рп = 0,25 Вт, Р, = 0 Вт; квадратики Рп = 0,5 Вт, Р, = 0,25 Вт; треугольники — Ро = 1 Вт, Р, = 1 Вт; звездочки - Р0 = 2 Вт, Р, = 2,5 Вт

г

Г

я.

\1А

Частота, МГц

Частота, МГЦ

Рис 3 Радиочастотный спектр межмодовых биений в проходящей волне накачки (а), первой (Ь) и второй (с) стоксовых компонентах в линейном масштабе при мощности накачки равной 2,7 Вт.

еивности волны накачки полностью передаются в стоксовую компоненту. Данный эффект переноса флуктуаций является причиной уширения спектра генерации стоксовой компоненты на начальном этапе. Конкретный механизм такого уширения детально описывается в заключительном параграфе процесс ЧВС между стоксовой волной и продольными модами волны накачки приводит к уширению спектра генерации в припороговом режиме. При увеличении мощности накачки достигается порог процесса ЧВС между различными продольными модами в стоксовой компоненте, и именно этот эффект начинает определять спектральные характеристики ВКР-лазера В данных условиях наблюдается насыщение пиковой спектральной плотности мощности стоксовой компоненты, а рост суммарной мощности накачки обеспечивается за счет спектрального уширения.

В Заключении сформулированы основные результаты диссертации.

Основные результаты

1. Обнаружен и объяснен эффект последовательного насыщения мощностей волны накачки и стоксовых компонент в каскадном волоконном ВКР-лазере. Данный эффект обусловлен последовательным переносом энергии из волны накачки в стоксовые компоненты при условии равенства усиления и полных потерь для соответствующих компонент. Показано, что для адекватного описания эффекта необходимо учитывать уширение спектра генерации, приводящее к изменению эффективного коэффициента пропускания ВБР, образующих резонатор.

2. Объяснена форма выходного спектра ВКР-лазера. Показано, что выходной спектр первой стоксовой компоненты, находящейся в высокодобротном резонаторе, расщеплен и симметричен или асимметричен в зависимости от взаимного положения спектров отражения ВБР. Показано, что форма спектра хорошо описывается феноменологической моделью, предполагающей независимую генерацию различных продольных мод с зависящими от длины волны потерями и насыщение интегрального усиления.

Доказано, что ВКР-усиление в фосфосиликатном ВКР-лазере насыщается однородным образом до мощностей волны накачки и стоксовой компоненты порядка 3 Вт. Насыщение ВКР-усиления обусловлено истощением волны накачки. При этом коэффициент ВКР-усиления остается неизменным и равным коэффициенту усиления слабого сигнала.

4. Измерены параметры эффекта вынужденного рассеяния Ман-дельштама-Бриллюэна в фосфосиликатном волокне. Сдвиг частоты рассеянной волны составляет 14 ± 1 ГГц на длине волны 1064; коэффициент ВРМБ-усиления узкополосного излучения равен 610±65 (км-Вт)-1. Эффект ВРМБ не проявляется в фосфосиликатном ВКР-лазере средней мощности из-за уширения спектра, вызванного другими причинами.

Показано, что флуктуации интенсивности, присутствующие в волне накачки, полностью переносятся в первую и затем во вторую стоксовую компоненту. Предельный уровень флуктуаций ВКР-лазера составляет порядка -120 дБ/Гц и определяется собственными межмодовыми биениями. Выявленный эффект переноса флуктуаций интенсивности является основной причиной уширения спектра генерации ВКР-лазера в припороговой области мощностей. В частотном представлении этот эффект соответствует четырехволновому смешению.

Выявлена роль четырехволнового смешения в уширении спектра стоксовой компоненты при различных уровнях мощности. В при-пороговом режиме главным механизмом является четырехволно-вое смешение с участием продольных мод волны накачки. При этом ширина спектра генерации не зависит от мощности накачки, тогда как пиковое значение спектральной плотности мощности быстро растет. Высоко над порогом основную роль играет четы-рехволновое смешение между различными продольными модами

3.

5.

стоксовой волны. В этом режиме спектральная плотность мощности насыщается, тогда как спектральная ширина растет с увеличением мощности накачки.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Бабин С А., Курков А. С, Потапов В. В., Чуркин Д. В. Влияние изменения температуры брэгговских решеток на спектральные характеристики волоконного ВКР-лазера//Кв. электр.-2003.-V.33, N.12.-P.1096-1100.

2. Babm S. A., Churkin D. V., Podivilov Е. V. Intensity interactions in cascades of a two-stage Raman fiber laser//Opt. Comm.-2003.-V.226, N.1-6.-P.329-335.

3. Babin S. A., Churkin D. V., Podivilov E. V. Analytical model of a two-stage Raman fiber laser considering intensity interactions in cascades. In: Proc. SPIE (Laser Optics 2003: Diode Lasers and Telecommunication Systems), eds. N. N. Rozanov, S. A. Gurevich, -V. 5480, -P. 55-63, Bellingham, WA. 2004.

4. Babin S. A., Churkin D. V., Kurkov A.S., Potapov V. V. Spectral characteristics of a Raman fiber laser with temperature-tunable fbgs. In. Proc. SPIE (Laser Optics 2003' Diode Lasers and Telecommunication Systems), eds. N. N. Rozanov, S. A. Gurevich, -V. 5480, -P. 46-54, Bellingham, WA. 2004.

5. Babin S.A., Churkin D.V., Podivilov E.V., Kurkov A.S. Spectral broadening and intensity interactions in cascades of a Raman fiber laser: analytical model and experimental test. In: Proc. of Optical Fiber Communications Conference, -P. WB6, 4 pages, Los Angeles, California, USA, February 22-27. 2004.

6. Babm S.A., Churkin D. V., Kablukov S.I. Longitudinal mode structure of the two-stage Raman fiber laser//Laser Physics.-2005.-V.15, N.2.-P.300-305.

7. Babin S.A., Churkin D.V , Kablukov S.I., Podivilov E.V., Medvedkov O.I., Fotiadi A.A. Pump-to-Stokes relative intensity noise (RIN) transfer in Raman fiber lasers: observations and modeling. In Proc of Optical Fiber Communications Conference, -P. OTuN6, 3 pages, Anaheim, California, USA, March 6-11. 2005.

8. Babin S. A., Churkin D. V., Kablukov S.I., Podivilov E. V, Raman gain saturation at high pump and Stokes powers//Opt. Express-2005.-V.13, N.16.-P.6079-6084.

9. Babin S A., Churkin D V, Fotiadi A.A, Kablukov SI, Medvedkov O.I., Podivilov E V. Relative intensity noise in cascaded Raman fiber lasers//IEEE Photon. Technol. Lett.-2005.-V.17, N.12.-P.2553-2555.

10. Fotiadi A.A., Babin S.A., Churkin D.V., Kablukov S.I., Podivilov E.V. Origin of uniform pump-to-Stokes relative intensity noise (RIN) transfer in Raman fiber lasers. In' Proceedings Annual Symposium IEEE/LEOS Benelux Chapter, -P. 209-212, Mons, Belgium, December 1-2. 2005.

Список цитированной литературы

[1] Дианов Е. М., Фурса Д. Г., Абрамов А. А., Веловолов М. И., Бубнов М. М., Шипулин А. В., Прохоров А. М., Девятых Г. Г., Гурьянов А. #., Хопин В. Ф. Волоконно-оптический ВКР-усилитель сигналов на длине волны 1,3 мкм//Кв. электр.-1994.^.21, N.9.-Р.807-809.

[2] Grubb S. G., Erdogan Т., Mizrahi V., Strasser Т., Cheung W. Y., Reed W. A , Lemaire P. J., Miller A. E., Kosinski S. G., Nykolak G., Beker P. C., Peckham D W. 1.3/Ltm cascaded Raman amplifier in germanosilicate fibers. In' Optical Amplifiers and Their Applications, -P. PD-3, Breckenridge,USA. 1994.

[3] Feller G. S., Srinivasan В., Grubb S. G., Booth I.J., Jain R. K. Compact blue upconversion fiber laser pumped by a diode-pumpable Raman fiber laser. In: Conference on Lasers and Electro-Optics, -P. 528-529, paper CFJ2. 1996.

[4] Xiong Z., Moore N.. Li Z. G., Lira G. C. 10-W Raman Fiber Lasers at 1248 nm Using Phosphosilicate Fibers//Journ. Light. Techn-2003-V.21, N.10.-P.2377-2381.

[5] Grubb S. G., Strasser Т., Cheung W. Y., Reed W. A., Mizrahi V., Erdogan Т., Lemaire P. J., Vengsarkar V. G., DiGiovanni D. J. Highpower, 1.48 jum cascaded Raman laser m germanosilicate fibers. In-Optical Amplifiers and Their Applications, -P. 197-199, Washington, D.C. 1995. Optical Society of America.

[6] Дианов Е. М., Буфетов И.А., Машинский В.М., Неструев В.Б., Медведков О. И., Шубин А.В., Мелъкумов М.А., Гурьянов А.Н., Хопип В.Ф., Яшков М В. Волоконные ВКР-лазеры с длиной волны генерации более 2 мкм//Кв. электр.-2004.-V.34, N.8.-P.695-697.

[7] Grigoryants V.V., Davydov V.L., Zhabotmski М.Е, Zolin VF, Ivanov G.A., Smirnov V.I., Chamorovski Yu.K. Spectra of stimulated Raman scattering in silica fibre waveguides//Opt. Quant. Electr.-1977.-V.9.-P.351-352.

[8] Dianov E M, Grekov M V, Bufetov I A , Vasihev S A., Medvedkov A О. I., Plotnichenko V. G, Koltashev V V, Belov A. V., Bubnov

M. M, Semjonov S. L., Prokhorov A. M. CW high power 1.24 fxm and 1.48 (j,m Raman lasers based on low loss phosphosilicate fibre//El. Lett.-1997.-V.33, N.18.-P.1542-1544.

[9] Kim N. S., Zou X., Lewis K. CW depolarized multiwavelength Raman fiber ring laser with over 58 channels and 50 GHz channel spacing. In: Proc. of Optical Fiber Communications Conference, -P. 640-642, paper ThGG21. 2002.

[10] Mermelstein M. D., Headley C., Bouteiller J.-C., Steinvurzel P., Horn C., Feder K., Eggleton B. J. Configurable Three-Wavelength Raman Fiber Laser for Raman Amplification and Dynamic Gain Flattening//IEEE Photon. Technol. Lett.-2001.-V. 13, N.12.-P.1286-1288.

[11] Lewis S.A.E., Cherntkov S.V., Taylor J.R. Fibre-optic tunable CW Raman laser operating around 1.3 /im//Opt. Comm.-2000.-V.182-P.403-405.

[12] Feng Yan, Huang S, Shirakawa A , Ueda K.-I. Multiple-color cw . visible lasers by frequency sum-mixing in a cascading Raman fiber laser//Opt. Express.-2004.-V.12, N.9.-P.1843-1847.

[13] Georgiev D., Gapontsev V. P., Dronov A. G., Vyatkm M. Y., Rulkov А. В., Popov S. V., Taylor J. R. Watts-level frequency doubling of a narrow line linearly polarized Raman fiber laser to 589 nm//Opt. Express.-2005.-V. 13, N. 18.-P.6772-6776.

Подписано к печати "11" апреля 2006 г. Формат бумаги 60x84 1/16. Объём 1 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ №1750.

Отпечатано "Документ-Сервис", 630090 Новосибирск, ул. Институтская 4/1.

ЯООСА

ззгв"

93 28

Введение

I Волоконный ВКР-лазер

§1 ВКР в оптоволокне

§2 Устройство волоконного ВКР-лазера

§3 Экспериментальная установка 28 Выводы

II Выходные характеристики каскадного волоконного ВКР-лазера

§4 Мощность генерации

§5 Форма спектра Выводы

III Насыщение усиления в волоконном ВКР-лазере

§6 Метод измерений

§7 Результаты измерений и сравнение с теорией

§8 Анализ альтернативных эффектов

Выводы

IV Роль нелинейных эффектов в формировании спектра генерации

§9 Влияние ВРМБ

§10 Структура продольных мод и шумы ВКР-лазера

§11 Роль четырехволнового смешения

Выводы

Один из основных векторов развития волоконной оптики сегодня — создание и дальнейшее совершенствование волоконных лазеров. Богатые технические возможности волоконных лазеров, а также их высокие эксплуатационные характеристики не оставляют никаких сомнений в том, что в скором времени они заменят в большинстве применений своих предшественников в ближней инфракрасной области спектра.

К наиболее перспективным волоконным источникам лазерного излучения можно с уверенностью отнести волоконный ВКР-лазер. В ВКР-лазерах за счет эффекта вынужденного комбинационного рассеяния происходит каскадное преобразование излучения накачки в излучение стоксовых компонент, имеющих меньшую частоту, чем исходное излучение. При этом достижимы близкие к квантовому пределу коэффициенты преобразования излучения.

Работы но исследованию волоконных ВКР-лазеров были начаты еще в 1972 году, когда было впервые продемонстрировано вынужденное комбинационное рассеяние света (ВКР) в оптическом волокне [1]. В течение нескольких лет были опробованы различные схемы ВКР-лазеров с генерацией в оптическом волокне, в том числе с перестраиваемым по частоте выходным излучением, см., например [2]. Однако все экспериментальные реализации волоконного ВКР-лазера того времени страдали одним общим недостатком: использование большого количества неволоконных оптических элементов существенно усложняло конструкцию, затрудняло эксплуатацию лазеров, а также являлось причиной низкой эффективности преобразования излучения и высокого порога генерации. Как следствие, ВКР-лазеры на оптоволокне не получили широкого распространения.

В середине девяностых годов ситуация кардинальным образом изменилась. Во-первых, линейные оптические потери в стандартных оптических волокнах были многократно снижены, что позволило использовать отрезки волокна большой длины (сотни метров) и существенно снизить порог генерации —до сотен милливатт [3,4]. Во-вторых, благодаря развитию и применению двух ключевых технологий — технологии записи волоконных брэгговских решеток (ВБР), см., например, [5] и цитируемую там литературу, и технологии изготовления активных волокон с двойной оболочкой — отпала необходимость в использовании объемных (неволоконных) оптических элементов, что позволило создать полностью волоконные ВКР-лазеры. В качестве волоконных зеркал начали широко применяться волоконные брэгговские решетки, представляющие собой отрезок оптического волокна, в сердцевине которого с помощью ультрафиолетового излучения создано периодическое изменение показателя преломления. Излучение с длиной волны близкой к брэгговской длине волны отражается от подобной структуры. Варьируя параметры изменения показателя преломления, можно создавать волоконные зеркала (суть ВБР) с разной шириной спектра отражения (0,05-5нм) и различными коэффициентами отражения (1-99,99%), тем самым формируя полностью волоконный резонатор лазера на нужную длину волны и нужной добротности. А с внедрением активных световодов с двойной оболочкой, на основе которых были созданы мощные одномодо-вые полностью волоконные лазеры, излучающие в области 1 мкм [6,7], с накачкой от мпогомодовых лазерных диодов, была решена проблема эффективного ввода многомодового излучения накачки в волоконный ВКР-лазер без применения элементов стандартной неволоконной оптики, что особенно важно. Таким образом был реализован полностью волоконный ВКР-лазер [8].

В течение последующих лет интерес исследователей к полностью волоконным ВКР-лазерам рос с каждым годом, Рис. 1. Это связано с их многочисленными преимуществами перед источниками лазерного излучения других типов: высокое качество выходного излучения, высокая

1992 1996 2000 2004

Год

Рис. 1. Количество опубликованных работ по исследованию волоконных ВКР-лазеров по годам. Учтены журнальные публикации и доклады на конференциях: OSA, IEEE, SPIE, Elsevier, а также российские реферируемые журналы. стабильность выходных параметров, надежность, компактность, малый вес в сочетании с высоким (до 10-20 Вт) уровнем выходной мощности.

Одним из основных преимуществ и одновременно характерной особенностью ВКР-лазеров вообще является их способность излучать практически на любой длине волны. Это обстоятельство обусловлено тем, что абсолютная величина стоксова сдвига частоты излучения не зависит от частоты волны накачки, а определяется только параметрами волокна, то есть спектральной зависимостью ВКР-усиления. Необходимо лишь выполнение условия превышения суммарного усиления над суммарными потерями. Коэффициент ВКР-усиления в стандартных оптических волокнах составляет величину порядка 0,1-3 (км-Вт)-1. При уровне мощности порядка 1 Ватта ВКР-усиление становится сравнимо с линейными потерями современных световодов в области длин воли 1,11,7 мкм. Следовательно, именно этот диапазон потенциально достижим с помощью волоконных ВКР-лазеров. Так, для получения генерации в области 1,1 мкм используются одноступенчатые ВКР-лазеры на герма-посиликатном волокне с накачкой волоконными иттербиевыми лазерами (около 1мкм) [9]. Выходная мощность таких лазеров достигает 1020 Вт [10-12]; ее максимальное значение определяется в первую очередь порогами генерации стоксовых компонент более высоких порядков [И]. Трехступенчатые ВКР-лазеры на основе гермапосиликатпого волокна позволяют получать генерацию в области 1,26мкм [3,4,13,14]. Подобные источники лазерного излучения необходимы для накачки распределенных волоконных ВКР-усилителей диапазона 1,3 мкм. Генерацию на длине волны ~ 1,48 мкм получают с помощью пятиступенчатых герма-носиликатных ВКР-лазеров (выходная мощность до 8,5 Вт) [8,15]. Излучение таких лазеров используется для накачки волоконных усилителей па область 1,55 мкм. Также была получена генерация на длинах воли 1,65 мкм [16,17] и 1,705 мкм [16]. Генерация па длинах волн больших 1,7 мкм затруднена из-за сильного роста линейных потерь в волокне с увеличением длины волны

Данное ограничение можно преодолеть, если увеличить коэффициент ВКР-усиления, например, путем увеличения концентрации двуокиси германия в сердцевине волокна. Рост значения коэффициента ВКР-усиления достигается в этом случае за счет увеличения разницы показателей преломления оболочки и сердцевины (~0.1) и увеличения сечения ВКР-рассеяния. Несмотря на то что при этом растут также и линейные потери, в последние годы удалось создать волокно с коэффициентом ВКР-усиления ~ 60дБ/(км-Вт) ~ 15 (км-Вт)-1 в области 1,6-1,8 мкм и удовлетворительным уровнем потерь 20-60дБ/км) [18]. Концентрация двуокиси германия в таком волокне (т.п. Се02-световоде) составляет 75%, тогда как в стандартном германосиликатном световоде она не превышает 15-25%. Использование СеОг-световодов позволило отодвинуть верхнюю границу диапазона достижимых для генерации с помощью ВКР-лазера длин волн до 2,2 мкм [19], а также создать эффективные ультракороткие ВКР-лазеры с длиной резонатора ~3 метров [20].

В качестве активной среды волоконного ВКР-лазера кроме герма-носиликатного волокна используются и другие типы одномодовых волокон. Так, были реализованы ВКР-лазеры на стандартном телекоммуникационном волокне типа 8МР-28, см., например, [21], волокне с компенсированной дисперсией [22-24], волокне со смещенной дисперсией [17, 25-28], высоконелинейном волокне со смещенной дисперсией [29,30], микроструктурированном волокне [31,32].

Во всех перечисленных волокнах (кроме микроструктурировапно-го) величина стоксова сдвига ~ 440 см-1 ~ 13ТГц. Следовательно, для получения генерации в наиболее актуальной с точки зрения применений области длин волн 1,5 мкм с помощью излучения накачки в области 1,05-1 мкм (в этом диапазоне излучают волоконные иттербиевые лазеры) необходимо до 5 ступеней преобразования излучения. Ввиду большого количества ВБР (на каждую ступень преобразования необходимо 2 ВБР) такие системы сложны с технической точки зрения и неэффективны с точки зрения финансовых затрат на их создание.

Поэтому перспективным представляется использование в качестве активной среды ВКР-лазеров волокон с большим стоксовым сдвигом. Таким волокном является фосфосиликатное волокно с 12-17% содержанием оксида фосфора в сердцевине: в его спектре ВКР-усиления кроме линии па ~ 420-440 см-1 имеется также интенсивная линия на ~ 1330 см-1 ~ 40ТГц [33-35]. Следовательно, в фосфосиликатных волокнах возможно получение генерации на заданной длине волны с помощью меньшего числа ступеней преобразования излучения накачки. Так, генерация на длинах волн 1,24 мкм и 1,48 мкм была получена в ВКР-лазере на основе фосфосиликатного волокна лишь с помощью одно- и двухступенчатого преобразования излучения накачки с длиной волны 1,06 мкм [11,36-43]. В работе [43] выходная мощность двухступенчатого ВКР-лазера на основе фосфосиликатного волокна достигает 13,2 Вт.

Кроме малого количества ступеней преобразования излучения фос-фосиликатные ВКР-лазеры имеют еще одно важное преимущество: комбинируя генерацию стоксовых компонент на германосиликатпом и фосфосиликатном пике внутри одного фосфосиликатного волокна, можно получить генерацию практически на любой длине волны, лежащей в области прозрачности волокна [44,45]. Важным свойством фосфосиликатного волокна является и его достаточная для записи ВБР фоточувствительность при использовании технологии записи с предварительным погружением волокна в атмосферу дейтерия [46,47]. Использование ВБР, записанных непосредственно в активном волокне, позволяет минимизировать внутрирезопаторные потери в фосфосиликатном ВКР-лазере. Таким образом, разработка фосфосиликатных ВКР-лазеров и изучение их выходных характеристик представляет особый интерес.

Важным преимуществом волоконных ВКР-лазеров является их способность генерировать на нескольких длинах волн одновременно. Необходимость создания многоволновых волоконных источников лазерного излучения подстегивается быстрым развитием телекоммуникационных систем передачи данных с высокой степенью спектрального уплотнения каналов (технология WDM), передача данных в которых осуществляется на десятках каналов, разделенных фиксированным частотным диапазоном 100 ГГц, 50 ГГц и 25 ГГц [48]. Использование для генерации каждой длины волны отдельного диодного лазера крайне неэффективно как с точки зрения стоимости системы, так и с точки зрения ее надежности. Получение многоволновой генерации па близкоотстоящих длинах волн в эрбиевых волоконных лазерах возможно, по технически затруднено ввиду того, что характерный масштаб длин воли, на котором усиление ведет себя однородным образом, слишком велик при комнатной температуре, что делает необходимым охлаждение волокна до криогенных температур, см., например, [49] Одним из наиболее эффективных и простых способов решения задачи создания многоволновых источников сигнала для \¥БМ-систем передачи данных наряду с использованием источников генерации суперконтинуума [50], является применение кольцевых волоконных ВКР-лазеров с селектирующим внутрирезонаторным элементом. При использовании фильтра Фабри-Перо было получено 24 линии [28] и 50 линий [51] с разделением 100 ГГц, а также 58 линий с разделение 50 ГГц [24] в области 1,5 мкм. Применение внутри резонатора ВКР-лазера интерферометра Саньяка позволяет получить до 20 линий в области 1,5 мкм и до 20 линий в области 1,32 мкм [52]. А использование внутрирезонаторной каскадной длиино-периодной решетки дает в генерации до 19 линий с разделением 50 ГГц в области 1,4 мкм, а также до 10 линий с разделением 100 и 50 ГГц и до 5 линий с разделением 25 ГГц в области 1,5 мкм [53]. Таким образом, волоконный ВКР-лазер является перспективным источником сигнала в системах передачи данных со спектральным уплотнением каналов.

Передача сигналов в широком диапазоне длин волн на многих десятках каналов одновременно ставит новые требования на ширину полосы усиления волоконных усилителей (в первую очередь ВКР-усилителей), величину неравномерности усиления в полосе и уровень сигнал-шум. В последнее время было показано, что расширить полосу усиления, минимизировать вариации и уменьшить относительный вклад шумов можно путем использования многоволновой накачки усилителей [54]. Для этого спектральные компоненты в излучении накачки должны быть разнесены на величину 20-30 нм при характерном числе линий порядка 3-6. Применение набора диодных лазеров [55], каждый из которых излучает на своей длине волны, повышает стоимость системы и резко снижает ее надежность. Волоконный ВКР-лазер может генерировать излучение на нескольких длинах волн, отстоящих друг от друга на заданную величину, а следовательно может использоваться в качестве многоволнового источника излучения иакачки для широкополосных усилителей. Так, специально для применений в качестве источников накачки распределенных ВКР-усилителей с улучшенными характеристиками были разработаны двухволновые двухступенчатые ВКР-лазеры па германо-силикатном волокне: работы [25,56] (длины волн излучения 1480 нм и 1500 нм) и работа [57] (1426 нм и 1456 нм). О создании трехволиового (1427нм, 1455 нм и 1480 нм) пятиступенчатого ВКР-лазера с динамическим контролем суммарной выходной мощности докладывается в работах [54,58]. Заметим, что в дальнейшем количество ступеней, необходимое для генерации на этих трех длинах волн, было уменьшено путем использования фосфосиликатного волокна [59]. В работе [22] рассматривается кольцевой ВКР-лазер на основе волокна с компенсированной дисперсией, излучающий на четырех длинах волн: 1452 нм, 1457 нм, 1462 нм и 1467 им. Работы [54,58] получили развитие в [60], где впервые докладывается о создании шестиволнового (1428 нм, 1445 нм, 1466 нм, 1480 нм, 1494 им и 1508 нм) ВКР-лазера для усиления в C+L диапазоне с контролируемым распределением мощности. Вскоре после этого ше-стиволновой (1415нм, 1427нм, 1440 нм, 1455нм, 1465 нм и 1480) лазер был продемонстрирован и в [61].

Многоволновая генерация в волоконных ВКР-лазерах возможна не только внутри одной стоксовой компоненты, но и, очевидно, на разных стоксовых компонентах. Следовательно, появляются дополнительные возможности по улучшению характеристик распределенных волоконных усилителей. Были разработаны так называемые схемы многостадийной ВКР-накачки, которые за счет более равномерного распределения мощности накачки внутри волоконного ВКР-усилителя позволяют существенно улучшить параметры системы. С помощью волоконного ВКР-лазера можно обеспечить накачку второго [62], третьего [63] (длины воли генерации 1276 нм, 1356 нм и 1455 нм) и, наконец, шестого порядков [64] (1091нм, 1152 hm, 1219 hm, 1295iim, 1361hm и 1451iim).

Таким образом, различные конфигурации мпоговолновых волоконных ВКР-лазеров активно разрабатываются как для применений в качестве источников накачки волоконных усилителей, так и для применений в качестве источников сигнала в системах со спектральным уплотнением каналов. Следовательно, актуальной и важной задачей является изучение спектральных характеристик волоконных ВКР-лазеров с целью выяснения механизмов формирования спектра генерации и его управления. Одним из основных вопросов здесь является вопрос о характере насыщения ВКР-усиления в волокне, в частности в фосфоси-ликатном волокне.

Круг применений волоконных ВКР-лазеров отнюдь не ограничивается системами передачи данных. С помощью волоконных ВКР-лазеров возможно проводить ультрадальнее (до 50 км) детектирование различных параметров (темпертура, растяжение) объектов [21,65-67]. ВКР-лазеры используются также в качестве источников мощного непрерывного излучения для генерации суперконтинуума [39,68-73]. Кроме того, докладывается о сжатии пикосекундных импульсов в ВКР-лазере [74] и использовании ВКР-лазеров в качестве источников накачки фемтосе-кундных волоконных лазеров [75]. И, наконец, на основе ирипципа ВКР в волокне можно создать компактный, простой и дешевый источник лазерного излучения для применений в оптической томографии, который, кроме того, позволяет улучшить разрешение стандартных систем в несколько раз [76-78]. Это направление является очень многообещающим.

В последние годы акцепт проводимых исследований сместился в сторону расширения возможностей ВКР-лазеров за счет изменения и управления их спектральными характеристиками. В частности были предприняты попытки создать перестраиваемые волоконные ВКР-лазеры. В линейных ВКР-лазерах пока, однако, не удалось добиться значительных успехов: синхронное продольное растягивание ВБР, образующих резонатор, позволяет перестроить длину волны генерации лишь па 5 им [79], а изгибная деформация ВБР позволяет достичь диапазона перестройки в 15 им в области 1,5 мкм [80]. Кольцевые волоконные ВКР-лазеры перестраиваются в более широком диапазоне: в [26] удалось расширить диапазон до 42 им при генерации на длине волны около 1,3 мкм, а в работе [27] докладывается о перестройке на 65 им в области 1,5 мкм. При этом используются впутрирезонаторные спектральные фильтры, устройство которых не раскрывается. Еще больший диапазон перестройки — до 110-120 им в области 1,1 мкм — может быть достигнут с применением внешней дифракционной решетки и вспомогательных резонаторов [81,82]. Очевидно, что задача расширения диапазона перестройки длины волны генерации ВКР-лазера также тесно связана с задачей исследования механизмов формирования спектра генерации.

Одним из наиболее актуальных практических вопросов на сегодняшний день является создание волоконных ВКР-лазеров, излучающих в видимом диапазоне длин волн (550-770 им). Лазерные источники излучения в данном диапазоне мощностью несколько сотен милливатт крайне важны, в частности, для медицинских применений. Приоритетным направлением в разработке подобных волоконных источников является удвоение частоты волоконных лазеров, хотя некоторые результаты получены и с комбинационными лазерами [9]. В работах [10,83,84] используется внутрирезонаторная схема удвоения частоты одностадийного фосфосиликатного ВКР-лазера в кристалле ЬВО. Однако при уровне мощности излучения основной гармоники (1178 им) 12 Вт было получено лишь 10мВт на длине волны второй гармоники (589им). Столь низкое значение эффективности удвоения частоты может быть связано, во-первых, со случайным характером поляризации излучения, что приводит к 4-х кратному понижению эффективности генерации второй гармоники. В последнее время, однако, были разработаны волоконные ВКР-лазеры с линейной поляризацией выходного излучения [12,85,86]. Другой причиной крайне низкой эффективности генерации второй гармоники в схемах с внутрирезонаторным удвоением частоты является большая спектральная ширина выходного излучения ВКР-лазера. При оптимальной спектральной ширине излучения основной гармоники ~0.05нм (для кристалла ЬВО), характерная ширина спектра излучения ВКР-лазера составляет единицы нанометров при выходной мощности в несколько Ватт.

В последний год была реализована схема внерезонаторного удвоения частоты волоконного ВКР-лазера [12]. В данной работе докладывается о получении до 3 Вт выходной мощности на длине волны 589 нм при 23 Вт мощности генерации на основной частоте. Достичь удовлетворительного значения коэффициента преобразования во вторую гармонику удалось за счет использования линейно поляризованного излучения основной гармоники и, самое главное, за счет применения в качестве нелинейного элемента периодически ориентированного кристалла 1У^О:РРКТР, что позволило существенно снизить изначально жесткие требования на ширину спектра генерации. Однако и при использовании периодически ориентированных кристаллов ширина спектра основной гармоники остается слишком большой, так что во вторую гармонику преобразуется не все излучение накачки. Кроме того, лазерные системы на основе вперезонаторных схем удвоения частоты с использованием периодически ориентированных кристаллов на данный момент не могут найти широкого применения по причине чрезвычайно высокой стоимости кристаллов при очень небольшом (десятки часов) сроке службы.

Таким образом, задача эффективного, в том числе с точки зрения дальнейших применений, удвоения частоты волоконных ВКР-лазеров остается актуальной. Для ее решения необходимо разработать методы сужения спектра генерации ВКР-лазера. Для этого, очевидно, необходимо сначала провести исследование механизмов уширеиия спектра генерации, в том числе выяснить роль нелинейных эффектов, проявлению которых способствуют высокие интенсивности лазерного излучения в сердцевине волокна и большие длины взаимодействия. Вопрос о причинах уширения спектра генерации ВКР-лазера остается до сих нор открытым.

На основании вышеизложенных фактов, цели данной диссертационной работы, начатой в 2002 году, были сформулированы следующим образом:

1. Изучение выходных характеристик волоконного ВКР-лазера на основе фосфосиликатпого волокна.

2. Исследование механизмов формирования и уширения спектра генерации волоконного ВКР-лазера.

3. Исследование влияния нелинейных эффектов на спектральные характеристики волоконного ВКР-лазера.

Основная часть диссертации состоит из четырех глав.

В главе I обсуждаются основные принципы работы и устройство волоконного ВКР-лазера. В §1 приведены основные сведения о процессе вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) в световодах и его свойствах. Выписывается система уравнений, описывающая каскадную генерацию стоксовых компонент в оптоволокне, и указываются пределы ее применимости. Детальное описание различных конфигураций волоконных ВКР-лазеров, а также исторический анализ использующихся для расчета и оптимизации ВКР-лазеров численных и аналитических моделей, приводится в §2. Описанию двухступенчатого волоконного ВКР-лазера на основе фосфосиликатпого волокна, являющегося объектом исследований, посвящен §3.

В главе II детально исследуются и описываются выходные характеристики двухступенчатого волоконного ВКР-лазера на основе фосфосиликатпого волокна. Экспериментальному и теоретическому исследованию эффектов последовательного насыщения мощностей волны накачки и стоксовых компонент посвящен §4. Показывается, что при генерации первой стоксовой компоненты проходящая мощность накачки испытывает истощение, а при генерации второй стоксовой компоненты насыщается выходная мощность первой стоксовой компоненты, тогда как мощность проходящей волны накачки начинает снова расти. Дано теоретическое обоснование наблюдаемых эффектов. Качественное совпадение результатов модели и эксперимента достигается при учете эффективного коэффициента пропускания волоконных брэгговских решеток, вызванного спектральным уширением. В §5 анализируется форма выходного спектра ВКР-лазера. Выходной спектр первой стоксовой компоненты оказывается расщепленным и симметричным или антисимметричным в зависимости от взаимного спектрального положения ВБР, образующих резонатор. В предположении независимости генерации различных продольных мод и насыщсшшя усиления накачки построена феноменологическая модель, которая качественно описывает форму выходного спектра, в том числе расщепление и ассиметрию. Экспериментально и теоретически также показано, что в случае неплотного резонатора выходной спектр не является расщепленным.

Изучению характера насыщения линии ВКР-усилеиия в фосфоси-ликатном волокне и определению основных механизмов наблюдаемого насыщения посвящена глава III. В §6 описана методика измерений ВКР-усиления в оптическом волокне. Полученные экспериментальные результаты и их сравнение с моделью постоянного коэффициента ВКР-усиления произведено в §7. Показано, что ВКР-усиления насыщается однородным образом, то есть не наблюдается эффектов выжигания спектральных провалов в контуре усиления даже при больших мощностях волны накачки и стоксовой компоненты. При этом коэффициент ВКР-усиления не изменяется, а причиной наблюдаемого насыщения является истощение волны накачки. В §8 проводится анализ альтернативных эффектов, способных изменить интерпретацию полученных экспериментальных данных. Убедительно показывается, что ни эффект вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна, ни эффект четырехволнового смешения не могут изменить в данном случае основного вывода о характере и механизмах наблюдаемого насыщения ВКР-усиления. Также исследуется процесс установления генерации стоксо-вой компоненты и показывается, что наблюдаемый переходной режим также не оказывает влияния на проведенные измерения ВКР-усиления.

Наконец, глава IV изучению влияния различных нелинейных эффектов на спектр генерации волоконного ВКР-лазера. Анализ эффекта вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна проведен в параграфе §9. На основе проведенных измерений параметра эффекта ВРМБ в фосфосиликатном волокне было показано, что спектральная плотность мощности стоксовой компоненты в фосфосиликатном ВКР-лазере не достаточно для генерации рассеянной бриллюэновской волны. Кроме того, отсутствие данного эффекта было подтверждено и прямыми измерениями внутрирезонаторного спектра стоксовой компоненты в припо-роговом режиме. Было показано, что несмотря на однородный характер насыщения ВКР-усиления, спектр генерации формируется таким образом, как в случае независимой генерации различных продольных мод. В §10 экспериментально и теоретически исследуется спектр межмодовых биений волоконного ВКР-лазера. Показывается, что спектр межмодовых биений первой стоксовой компоненты "копирует" спектр межмодовых биений накачки, то есть флуктуации интенсивности волны накачки полностью передаются в стоксовую компоненту. Данный эффект переноса флуктуаций является причиной уширения спектра генерации стоксовой компоненты на начальном этапе. Конкретный механизм такого уширения дательно описывается в §11: процесс четырехволнового смешения между стоксовой волной и продольными модами волны накачки приводит к уширению спектра генерации. При увеличении мощности накачки достигается порог процесса четырехволнового смешения между различными продольными модами в стоксовой компоненте, и этот эффект начинает определять спектральные характеристики ВКР-лазера. При этом наблюдается насыщение пиковой спектральной плотности мощности стоксовой компоненты, а рост суммарной мощности накачки обеспечивается за счет спектрального уширепия.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах [87-96]. Материалы этих и других работ были доложены на следующих международных конференциях: 3 и 4 Летняя школа по фоточувствительности волноводов и стекол, РО\¥АСС)2 и РО\¥АС04 (Санкт-Петербург, 2002; Бат, Англия, 2004); Международная конференция по квантовой электронике совместно с Международной конференцией по применению лазеров и лазерным технологиям, К^ЕС/ЬАТ'02 (Москва, 2002); 7 Международный симпозиум но лазерной метрологии и ее применениях в науке, промышленности и повседневной жизни, ЬМ'02 (Новосибирск, 2002); 13 Международная конференция по оптике лазеров, ЬО'ОЗ (Санкт-Петербург, 2003); Международная конференция по волоконно-оптическим системам связи, ОРС'04 и ОРС'ОБ (Лос-Анджелес, США, 2004; Анахайм, США, 2005); Международный симпозиум по физике лазеров, ЬРНУ8'04 (Триест, Италия, 2004); Международная конференция по когерентной и нелинейной оптике совместно с Международной конференцией по применению лазеров и лазерным технологиям, ЮОШ/ЬАТ'05 (Санкт-Петербург, 2005); 3 Международный оптический форум "Оптика 2005" и научно-практическая конференция "Оптика XXI" (Москва, 2005); 10 ежегодный симпозиум Электро-оитического и лазерного общества стран Бенилюкс, ЬЕ08-Вепе1их'05 (Монс, Бельгия, 2005). Результаты также докладывались на семинарах Института автоматики и электрометрии СО РАН, Астоновского университета (Бирмингем, Великобритания), Института оптики, точной механики и физики (Чанчунь, Китай).

Сформулируем основные положения диссертации, выносимые па защиту:

1. Мощности волны накачки и стоксовых компонент в каскадном волоконном ВКР-лазере насыщаются последовательно.

2. Форма спектра выходного излучения ВКР-лазера определяется спектральными характеристиками ВБР, образующие резонатор лазера.

3. ВКР-усиление в фосфосиликатиом волоконном ВКР-лазере насыщается однородно за счет истощения накачки.

4. Флуктуации интенсивности в волоконном ВКР-лазере полностью переносятся из волны накачки в стоксовы компоненты.

5. Эффект вынужденного рассеяния Манделыптама-Бриллюэна не влияет на спектральные характеристики фосфосиликатного ВКР-лазера.

6. Четырехволновое смешение является основной причиной ушире-ния спектра генерации в волоконном ВКР-лазере.

Выводы

Таким образом, был проведен анализ нелинейных эффектов, ответственных за формирование и уширение спектра стоксовой компоненты в фосфосиликатном ВКР-лазере. Для определения возможности влияния вынужденного рассеяния Манделынтама-Бриллюэна на спектральные характеристики ВКР-лазера были впервые проведены измерения параметров рассеяния узкополостного излучения в фосфосиликатном волокне. Измеренный коэффициент ВРМБ-усиления составляет величину дв — 610 ± 65 (км-Вт)"1, бриллюэновский сдвиг равен ив = 14 ± 1 ГГц. Несмотря на то, что коэффициент ВРМБ-усиления в фосфосиликатном волокне в несколько раз больше, чем в стандартном телекоммуникационном волокне, процесс ВРМБ не проявляется в фосфосиликатном ВКР-лазере средней мощности: спектральная плотность мощности стоксовой компоненты не достигает порогового уровня даже при больших мощностях накачки. Это связано с уширением спектра генерации из-за других нелинейных эффектов: несмотря на однородный характер насыщения ВКР-усиления даже в припороговой области спектр генерации стоксовой компоненты не является одночастотным и определяется спектральной формой потерь.

Для определения механизмов подобного поведения спектра генерации на начальной стадии было проведено исследование структуры меж-модовых биений ВКР-лазера. Экспериментально и теоретически было показано, что флуктуации интенсивности из волны накачки полностью передаются в первую стоксовую компоненту и затем во вторую сток-совую компоненту. Однако с ростом мощности накачки относительный вклад флуктуаций интенсивности волны накачки в общий уровень шумов ВКР-лазера уменьшается. Предельный уровень флуктуаций интенсивности волоконного ВКР-лазера достигает при больших мощностях значения -120 дБ/Гц и определяется собственными биениями ВКР-лазера.

Эффект переноса флуктуаций интенсивности определяет уширение спектра генерации стоксовой компоненты в припороговой области. При этом конкретная реализация данного механизма описывается на языке четырехволнового смешения стоксовой волны и различных продольных мод в волне накачки. Предсказания развитой аналитической модели, описывающей данный процесс, а именно неизменность ширины спектра генерации и быстрый рост пиковой спектральной плотности мощности стоксовой компоненты в припороговой области подтверждаются экспериментальными данными.

С увеличением мощности накачки достигается порог процесса четырехволнового смешения между различными продольными модами в стоксовой компоненте. При этом пиковая спектральная плотность мощности насыщается, а рост суммарной мощности стоксовой компоненты происходит за счет увеличения спектральной ширины, что также наблюдается в эксперименте.

Несмотря на связь различных продольных мод процессом ЧВС, результирующий спектр генерации ВКР-лазера определяется спектральными потерями на данной частоте, что дает возможность описать его в рамках феноменологической модели, предполагающей независимость генерации различных продольных мод.

Заключение

В завершение, приведем основные результаты, полученные в данной работе:

1. Обнаружен и объяснен эффект последовательного насыщения мощностей волны накачки и стоксовых компонент в каскадном волоконном ВКР-лазере. Данный эффект обусловлен последовательным переносом энергии из волны накачки в стоксовые компоненты при условии равенства усиления и полных потерь для соответствующих компонент. Показано, что для адекватного описания эффекта необходимо учитывать уширение спектра генерации, приводящее к изменению эффективного коэффициента иропускаф ния ВБР, образующих резонатор.

2. Объяснена форма выходного спектра ВКР-лазера. Показано, что выходной спектр первой стоксовой компоненты, находящейся в высокодобротном резонаторе, расщеплен и симметричен или асимметричен в зависимости от взаимного положения спектров отражения ВБР. Показано, что форма спектра хорошо описывается феноменологической моделью, предполагающей независимую генерацию различных продольных мод с зависящими от длины волны потерями и насыщение интегрального усиления.

3. Доказано, что ВКР-усиление в фосфосиликатном ВКР-лазере насыщается однородным образом до мощностей волны накачки и стоксовой компоненты порядка 3 Вт. Насыщение ВКР-усиления обусловлено истощением волны накачки. При этом коэффициент ВКР-усиления остается неизменным и равным коэффициенту усиления слабого сигнала.

4. Измерены параметры эффекта вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна в фосфосиликатном волокне. Сдвиг частоты рассеянной волны составляет 14 ± 1 ГГц на длине волны 1064; коэффициент ВРМБ-усиления узкополосного излучения равен 610±65 (км-Вт)-1. Эффект ВРМБ не проявляется в фосфосиликатном ВКР-лазере средней мощности из-за уширения спектра, вызванного другими причинами.

5. Показано, что флуктуации интенсивности, присутствующие в волне накачки, полностью переносятся в первую и затем во вторую стоксовую компоненту. Предельный уровень флуктуаций ВКР-лазера составляет порядка -120 дБ/Гц и определяется собственными межмодовыми биениями. Выявленный эффект переноса флуктуаций интенсивности является основной причиной уширения спектра генерации ВКР-лазера в припороговой области мощностей. В частотном представлении этот эффект соответствует четырехволновому смешению.

6. Выявлена роль четырехволнового смешения в уширении спектра стоксовой компоненты при различных уровнях мощности. В при-пороговом режиме главным механизмом является четырехволно-вое смешение с участием продольных мод волны накачки. При этом ширина спектра генерации не зависит от мощности накачки, тогда как пиковое значение спектральной плотности мощности быстро растет. Высоко над порогом основную роль играет четы-рехволновое смешение между различными продольными модами стоксовой волны. В этом режиме спектральная плотность мощности насыщается, тогда как спектральная ширина растет с увеличением мощности накачки.

Таким образом, поставленные в работе цели в основном достигнуты.

Автор хотел бы выразить искреннюю благодарность С.А. Бабину и A.C. Куркову за чуткое осуществление научного руководства. Обсуждение полученных результатов на семинарах под председательством A.M. Шалагина помогло выявить и устранить многие недостатки работы. Отдельного упоминания заслуживает С.И. Каблуков, чью помощь как в проведении многих экспериментов, так и обработке их результатов трудно переоценить. Неустанные и оперативные усилия Е.В. Подивило-ва по теоретическому объяснению полученных экспериментальных результатов внесли неоспоримый вклад в достижение целей работы. Кроме того, несомненно хочется выразить благодарность коллективу ООО "Инверсия-Лазеры" за постоянное техническое содействие, А.Е. Исма-гулову за помощь в измерении параметров эффекта ВРМБ, О.И. Медведкову за запись волоконных брэгговских решеток, В.М. Парамонову за первоначальную сборку ВКР-лазера, A.A. Фотиади за плодотворное сотрудничество и C.B. Хореву за помощь в поиске литературы.

1. Stolen R.H., Ippen Е.Р., Tynes A.R. Raman oscillation in glass optical waveguide//Appl. Phys. Lett.-1972.-V.20.-P.62-65.

2. Jain R.K., Lin C., Stolen R.H., Pleibel W., Kaiser P. A high-efficiency tunable CW Raman oscillator//Appl. Phys. Lett.-1977.-V.30.-P.162-164.

3. Kashyap R. Fiber Bragg Gratings. Academic Press, London. 1999.

4. Po H., Snitzer E., Tumminelli L., Hakimi F., Chu N.M., Haw T. Doubly clad high brightness Nd fiber laser pumped by Ga A1 As phased array. In: Proc. of Optical Fiber Communications Conference, -P. paper PD7. 1989.

5. Feller G. S., Srinivasan В., Grubb S. G., Booth I.J., Jain R. K. Compact blue upconversion fiber laser pumped by a diode-pumpable Raman fiber laser. In: Conference on Lasers and Electro-Optics, -P. 528-529, paper CFJ2. 1996.

6. Huang S., Feng Y., Shirakawa A., Ueda K.-I. Generation of 10.5 W, 1178nm Laser Based on Phosphosilicate Raman Fiber Laser//J. Opt. Soc. Am. B.-2003.-V.42, N.12A.-P.L1439-L1441.

7. Xiong Z., Moore N., Li Z. G., Lira G. C. 10-W Raman Fiber Lasers at 1248 nm Using Phosphosilicate Fibers//Journ. Light. Techn-2003-V.21, N. 10 -P.2377-2381.

8. Georgiev D., Gapontsev V. P., Dronov A. G., Vyatkin M. Y., Rulkov А. ВPopov S. V., Taylor J. R. Watts-level frequency doubling of a narrow line linearly polarized Raman fiber laser to 589 nm//Opt. Express.-2005.-V. 13, N.18.-P.6772-6776.

9. Dianov E.M., Abramov A.A., Bubnov M.M., Prokhorov A.M., Shipulin A. V., Devjatykh G.G., Guryanov A.N., Khopin V.F. 30dB gain Raman amplifier at 1.3 /mi in low-loss high Ge02-doped silica fibres//Е1. Lett.-1995-V.31, N.13.-P.1057-1058.

10. Hansen P.В., Stentz A. J., Eskilden L.} Grubb S.G., Strasser T.A., Pedrazzani J.R. High sensitivity 1.3 /лп optically preamplified receiver using Raman amplification//El. Lett.-1996.-V.32, N.23.-P.2164-2165.

11. Chang D.I., Lim D.S., Jeon M.Y., Lee H.K., Kim K.H., Park T., Shin W., Oh K. Dual-wavelength cascaded Raman fiber laser. In: Proc. of Optical Fiber Communications Conference, -P. 139-141, paper WDD14. 2001.

12. Kurkov A.S., Dianov E.M., Medvedkov O.I., Paramonov V., Egorova 0., Kurukitkoson N., Turitsyn S. Raman fiber source for 1.6-1.75 /xin spectral region. In: Proc. of Optical Fiber Communications Conference, -P. 29-30, paper MF26. 2003.

13. Mashinsky V.M., Medvedkov O.I., Nestruev V.B., Dvoyrin V.V., Vasiliev S.A., Dianov E.M., Khopin V.F., Guryanov A.N. Germania-glass-core silica-glass-cladding MCVD optical fibres. In: ECOC -ICOC, -P. 210-211. 2003.

14. Диаиов E. M., Буфетов И.А., Машинский В.M., Неструев В.В., Медведков О. И., Шубин А.В., Мелькумов М.А., Гурьянов А.Н., Хопии В.Ф., Яшков М.В. Волоконные ВКР-лазеры с длиной волhbi renepaijMH 6ojiee 2 mkm//Kb. 3JieKTp.-2004-V.34, N.8.-P.695-697.

15. Chestnut D.A., de Matos C.J.S., Reeves-Hall P.C., Taylor J.R. High efficiency, dual-wavelength fibre Raman pump laser for U-band fibre Raman amplifiers//Opt. Quant. Electr.-2002-V.34-P. 1025-1030.

16. Kim N. S., Zou X., Lewis K. CW depolarized multiwavelength Raman fiber ring laser with over 58 channels and 50 GHz channel spacing. In: Proc. of Optical Fiber Communications Conference, -P. 640-642, paper ThGG21. 2002.

17. Chang D.I., Lim D.S., Jeon M.Y., Lee H.K, Kim K.H., Park T. Dual-wavelength cascaded Raman fiber laser//El. Lett.-2000.-V.36, N.16.-P.1356-1358.

18. Lewis S.A.E., Chernikov S. V., Taylor J.R. Fibre-optic tunable CW ^ Raman laser operating around 1.3 /im//Opt. Comm -2000.-V.182.1. P.403-405.

19. Reeves-Hall P.C., Taylor J.R. Wavelength tunable CW Raman fiber ring laser operating at 1486-1551 nm//El. Lett.-2001.-V.37, N.8.-P.491-492.

20. Zhang W., Wang Y., Peng J., Liu X. Broadband high powercontinuous wave fiber Raman source and its applications//Opt.

21. Comm.-2004.-V.231.-P.371-374.

22. USA, February 22-27. 2004.

23. Nilsson J., Selvas R., Beraldi W., Lee J. H., Yusoff Z., Monro T. M., Richardson D. J., Park K.D., Kim P.H., Park N. Continious-wave pumped holey fiber Raman laser. In: Proc. of Optical Fiber

24. Communications Conference, -P. 315-317, paper WR6. 2002.

25. Travers J. C., Popov S. V., Taylor J. R. High efficiency continuous-wave holey-fiber Raman laser. In: Conference on Lasers and Electro-Optics, -P. 372-374. 2005.

26. Grigoryants V.V., Davydov V.L., Zhabotinski M.E., Zolin V.F., Ivanov G.A., Smirnov V.I., Chamorovski Yu.K. Spectra of stimulated Raman scattering in silica fibre waveguides//Opt. Quant. Electr.-1977.-V.9.-P.351-352.

27. Prabhu M., Kim N. S., Jianren L., Ueda K. Simultaneous two-color CW Raman fiber laser with maximum output power of 1.05 W /1239 nm and 0.95 W /1484 nm using phosphosilicate fiber//Opt. Comm-2000.-V.182.-P.305-309.

28. Karpov V. I., Clements W. R. L., Dianov E. M., Papernyi S. B. Highpower 1.48/iin phosphorosilicate-fiber-based laser pumped by laser diodes//Can. J. Phys.-2000.-V.78.-P.407-413.

29. Курков А. С., Парамонов В. M., Егорова О. Н., Медведков О. И., Дианов Е. М., Залевский И. Д., Гончаров С. Е. Волоконный ВКР-уснлнтель на длину волны 1,65 мкм//Кв. электр-2002.-V.32, N.8.-P.747-750.

30. Sim S. К., Lim Н. С., Lee L. W., Chia L. С., R. F. Wu I. Cristiani, Rini M., Degiorgio V. High-power cascaded Raman fibre laser using phosphosilicate fibre//El. Lett.-2004.-V.40, N.12

31. Dianov E. M., Bufetov I. A., Bubnov M. M., Grekov M. V., Vasiliev S. A., Medvedkov О. I. Three-cascaded 1407-nm Raman laser basedon phosphorus-doped silica fiber//Opt. Lett.-2000.-V.25, N.6.-P.402-404.

32. Agrawal Govind P. Fiber-Optic Communication Systems. Jonn Willey and Sons, inc. 1997.

33. Chow J., Town G., Eggleton B.J., Ibsen M., Sugden K., Bennion I. Multiwavelength generation in an erbium-doped fibre laser using infibre comb filters//IEEE Photon. Technol. Lett.-1996.~V.8.-P.6042-6044.

34. Futami F., Kikuchi K. Low-noise multiwavelength transmitter using spectrum-sliced supercontinuum generated from a normal groupvelocity dispersion fiber//IEEE Photon. Technol. Lett.-2001.-V.13, N.1.-P.73-75.

35. Wang Y., Wang Q., Zhang W., Liu X., Peng J. Multiwavelength Raman fiber ring laser with the spectrum profile broadened by parametric four wave mixing in highly nonlinear dispersion-shifted fibcrs//Chinese Opt. Lett.-2005.-V.3, N.8.-P.460-462.

36. Kim C.-S., Sova R.M., Kang J.U. Tunable multi-wavelength all-fiber Raman source using fiber Sagnac loop filter//Opt. Comm-2003.-V.218.-P.291-295.

37. Han Y.-G., Kim C.-S., Kang J.U., Pack U.-C., Chung Y. Multiwavelength Raman Fiber-Ring Laser Based on Tunable Cascaded Long-Period Fiber Gratings//IEEE Photon. Technol. Lett-2003.-V.15, N.3.-P.383-385.

38. Emori Y., Tanaka K., Namiki S. 100-nm bandwidth flat-gain Raman amplifier pumped and gain-equalised by 12-wavelength-channel WDM laser diode unit//El. Lett.-1999.-V.34.-P.2145-2146.

39. Chang D.I., him D.S., J eon M.Y., Kim K.H., Park T. Cascaded Raman fiber laser for stable dual-wavelength operation//El. Lett.-2001.-V.37, N.12.-P.740-741.

40. Papernyi S. B., Karpov V. I., Clements W. R. I. Efficient dual-wavelength Raman fiber laser. In: Proc. of Optical Fiber Communications Conference, -P. WDD15. 2001.

41. Mermelstein M. D., Headley C., Bouteiller J.-C., Steinvurzel P., Horn C., Feder K., Eggleton B. J. A high-efficiency power-stable three-wavelength configurable Raman fiber laser. In: Proc. of Optical Fiber Communications Conference, -P. PD3. 2001.

42. Mermelstein M.D., Horn C., Bouteiller J.-C., Steinvurzel P., Feder K., Headley C., Eggleton B.J. Six wavelength Raman fiber laser for C + L-band Raman amplification. In: Conference on Lasers and Electro-Optics, -P. 478, paper CThJl. 2002.

43. Leplingard F., Borne S., Lorcy L., Lopez T., Guerin J.-J., Moreau C., Martinelli C., Bayart D. Six output wavelength Raman fiber laser for Raman amplification. In: European Conf. on Opt. Comm. 2002.

44. Bouteiller J.-C., Drar K., Dromage J., Radie S., Headley C. DualOrder Raman Pump//IEEE Photon. Technol. Lett.-2003.-V.15, N.2.-P.212-214.

45. Papernyi S.B., Karpov V.I., Clements W.R.L. Third-order cascaded Raman amplification. In: Proc. of Optical Fiber Communications Conference, -P. postdeadline paper FB4. 2002.

46. Papernyi S.B., Ivanov V.B., Koyano Y., Yamamoto H. Six-order cascaded Raman amplification. In: Proc. of Optical Fiber Communications Conference, -P. OThF4, Anaheim, California, USA, March 6-11. 2005.

47. Lee J.H., Kim J., Han Y.-G., Kim S.-H., Lee S.D. Investigation of Raman fiber laser temperature probe based on fiber Bragg gratings for longdistance remote sensing applications//Opt. Express.-2005.-V.12, N.8.-P.1747-1752.

48. Han Y.-G., Tran T.V.A., Kim S.-H., Lee S.B. Development of a multiwavelength Raman fiber laser based on phase-shifted fiber Bragg gratings for long-distance remote-sensing applications//Opt. Lett-2005.-V.30, N.10.-P.1114-1116.

49. Han Y.-G., Tran T.V.A., Kim S.-H., Lee S.D. Multiwavelength Raman-fiber-laser-based long distance remote sensor for simultaneous measurement of strain and temperature//Opt. Lett.-2005.-V.30, N.11.-P.1282-1284.

50. Prabhu M., Kim N. S., Ueda K. Ultra-broadband CW supercontinuum generation centered at 1483.4 nm from Brillouin/Raman fiber laser//Jpn. J. Appl. Phys.-2000.-V.39, N.4A.-P.L291-L293.

51. Prabhu M., Taniguchi A., Hirose S., Lu J., Musha M., Shirakawa A., Ueda K. Supercontinuum generation using Raman fiber laser//Appl. Phys. B-2003.-V.77-P.205-210.

52. González-Herráez M., Martin-López S., Corredera P., Hernanz M.L., Horche P.R. Supercontinuum generation using a continuous-wave Raman fiber laser//Opt. Comm-2003.-V.226, N.1-6.-P.323-328.

53. Abeeluck A.K., Headley С., Jorgensen C.G. High-power supercontinuum generation in highly nonlinear, dispersion-shifted fibers by use of a continuous-wave Raman fiber laser//Opt. Lett• 2004 -V.29, N.18.-P.2163-2165.

54. Feng M., Li Y.G., Li J., Li J.F., Ding L., Lu K.C. High-Power Supercontinuum Generation in a Nested Linear Cavity Involving a CW Raman Fiber Laser//IEEE Photon. Technol. Lett.-2005.-V.17, N.16.-P.1172-1174.

55. Hsiung P.-L., Chen Y., Ко Т. H., Fujimoto J. G., de Matos C. J. Popov S. V., Taylor J. R., Gapontsev V. P. Optical coherence tomography using a continuous-wave, high-power, Raman continuum light source//Opt. Express.-2005.-V.12, N.22.-P.5287-5295.

56. Higashihata M., Nakamura Т., Vasa N. J., Okada T. Development of ultra-broadband light source using fiber Raman laser for opticalcoherence tomography. In: Conference on Lasers and Electro-Optics, -P. 987-988. 2005.

57. Chang D.I., Jeon M.Y., Lim D.S., Kim K.H. 1480-1485 nm cascaded CW Raman fiber laser. In: Conference on Lasers and Electro-Optics, -P. 302, paper CWK20. 2000.

58. Han Y.-G., Moon D.S., Chung Y., Lee D. Flexibly tunable multiwavelength Raman fiber laser based on symmetrical bending method//Opt. Express.-2005.-V.13, N.17.-P.6330-6335.

59. Cierullies S., Krause M., Renner H., Brinkmeyer E. Widely tunable CW Raman fiber laser supported by switchable FBG resonators. In: European Conf. on Opt. Comm. 2003.

60. Cierullies S., Lirn E., Brinkmeyer E. All-fiber widely tunable Raman laser in a combined linear and sagnac-loop configuration. In: Proc. of Optical Fiber Communications Conference, -P. OME11, Anaheim, California, USA, March 6-11. 2005.

61. Feng Yan, Huang S., Shirakawa A., Ueda K.-I. Multiple-color cw visible lasers by frequency sum-mixing in a cascading Raman fiber laser//Opt. Express.-2004.-V.12, N.9.-P.1843-1847.

62. Feng Y., Huang S., Shirakawa A., Ueda K.-I. 589 nm light source based on Raman fiber laser//Jpn. J. Appl. Phys.-2004.-V.43, N.6A-P.L722-L724.

63. Suret P., Randoux S. Influence of spectral broadening on steady characteristics of Raman fiber lasers: from experiments to questions about validity of usual models//Opt. Comm.-2004.-V.237.-P.201-212.

64. Skubchenko S. A., Vyatkin M. Y, Gapontsev D. V. High-Power CW Linearly Polarized All-Fiber Raman Laser//IEEE Photon. Technol. Lett.-2004.-V.16, N.4.-P.1014-1016.

65. Бабин С. А., Курков А. С., Потапов В. В., ЧуркипД. В. Влияние изменения температуры брэгговских решеток на спектральные характеристики волоконного ВКР-лазера//Кв. Электр.-2003.-У.33, N.12.-P.1096-1100.

66. ВаЫп S. A., Churkin D. V., Podivilov Е. V. Intensity interactions in cascades of a two-stage Raman fiber laser//Opt. Comm.-2003.-V.226, N.1-6.-P.329-335.

67. Babin S.A., Churkin D. V., Kablukov S.I. Longitudinal mode structure of the two-stage Raman fiber laser//Laser Physics.-2005.-V.15, N.2.-P.300-305.

68. Babin S. A., Churkin D. V., Kablukov S.I., Podivilov E. V. Raman gain saturation at high pump and Stokes powers//Opt. Express.-2005.-V.13, N.16.-P.6079-6084.

69. Babin S. A., Churkin D. V., Fotiadi A.A, Kablukov S.I., Medvedkov O.I., Podivilov E. V. Relative intensity noise in cascaded Raman fiber lasers//IEEE Photon. Technol. Lett.-2005.-V.17, N.12.-P.2553-2555.

70. Stolen R. H.; Gordon J. P., Tomlinson W. J., Haus H. A. Raman response function of silica-core fibers//J. Opt. Soc. Am. B.-1989-V.6.-P.1159-1166.

71. Stolen R.H. Polarization effects in fiber Raman and Brillouin lasers//IEEE Journ. Quant. Electr.-1979.-V.QE-15, N.10.-P.1157-1160.

72. Auyeung J., Yariv A. Theory of CW Raman oscillation in optical fibers//J. Opt. Soc. Am.-1979.-V.69, N.6.-P.803-807.

73. Zhao Y., Jackson S.D. Highly efficient free running cascaded Raman fiber laser that uses broadband pumping//Opt. Express.-2005.-V.13, N.12.-P.4731-4736.

74. Vareille G., Audouin 0., Desurvire E. Numerical optimisation of power conversion efficiency in 1480 nm multi-Stokes Raman fibre lasers//Е1. Lett.-1998.-V.34, N.7.-P.675-676.

75. Han Y.-G., Lee S.B., Moon D.S., Chung Y. Investigation of a multiwavelength Raman fiber laser based on few-mode fiber Bragg gratings//Opt. Lett.-2005.-V.30, N.17.-P.2200-2202.

76. Krause M., Renner H. Double-cavity Raman fibre lasers with suppressed pump-to-Stokes transfer of low-frequency RIN//Е1. Lett-2004.-V.40, N.ll

77. Krause M., Renner H. Theory and Design of Double-Cavity Raman Fiber Lasers//Journ. Light. Techn.-2005.-V.23, N.8.-P.2474-2483.

78. Aube M., Burgoyne В., Godbout N., Lacroix S. Raman fiber laser using spectrally shaped multi-wavelength fiber loop mirrors. In: Conference on Lasers and Elcctro-Optics, -P. 671-673. 2005.

79. Chernikov S.V., Zhu Y., Kashyap R., Taylor J.R. High-gain, monolithic, cascaded fibre Raman amplifier operating at 1.3 ¡im//E\. Lett.-1995.-V.31, N.6.-P.472-473.

80. Chernikov S. V., Platonov N. S., Gapontsev V. P., Chang D.I., Guy M.J., Taylor J. R. Raman fiber laser operating at 1.24 ¡im//El. Lett.-1998.-V.34, N.7.-P.680-681.

81. Chang D. /., Chernikov S. V., Guy M. J., Taylor J. R., Kong H. J. Efficient cascaded Raman generation and signal amplification at 1.3 /im in GeCVdoped single-mode fibre//Opt. Comm.-1997.-V.142-P.289-293.

82. Back S.H., Roh W.B. Single-mode Raman fiber laser based on a multimode fiber//Opt. Lett.-2004.-V.29, N.2.-P.153-155.

83. Jang J. N., JeongY., Sahu J. K., Ibsen M., Codemard C. A., Selvas R., Hanna D. C., Nilsson J. Cladding-pumped continuous-wave Raman fiber laser. In: Conference on Lasers and Electro-Optics, -P. paper CWL1. 2003.

84. Reed W. A., Coughran W. C., Grubb S. G. Numerical modeling of cascaded cw Raman fiber amplifiers and lasers. In: Proc. of Optical Fiber Communications Conference, -P. 107-108, paper WD1. 1995.

85. Bertoni A. Analysis of the efficiency of a third order cascaded Raman laser operating at the wavelength of 1.24 /¿m//Opt. Quant. Electr-1997.-V.29.-P.1047-1058.

86. Peschel U., Shipulin A., Onishukov G., Lederer F. Optimization of a Raman frequency converter based on highly Ge-doped fiber. In: Conference on Lasers and Electro-Optics, -P. 204, paper CWG3.1996.

87. Rini M., Cristiani I., Degiorgio V. Numerical modelling and optimization of cascaded CW Raman fiber lasers//IEEE Journ. Quant. Electr.-2000.-V.36, N.10.-P.1117-1122.

88. Cierullies S., Renner H., Brinkmeyer E. Numerical optimization of multi-wavelength and cascaded Raman fiber lasers//Opt. Comm-2003.-V.217-P.233-238.

89. Буфетов И. А., Диаиов E. M. Простая аналитическая модель непрерывного многокаскадного ВКР-лазера на волоконном све-товоде//Кв. электр-2000-V.30, N.10.-P.873-877.

90. Wang У., Ро Н. Characteristics of fibre Bragg gratings and influences on high-power Raman fibre lasers//Meas. Sci. Technol.-2003.-V.14-P.883-891.

91. Krause M., Cierullies S., Renner H. Stabilizing effect of line broadening in Raman fiber lasers//Opt. Comm.-2003.-V.227.-P.355-361.

92. Bouteiller J.-C. Spectral modelling of Raman fiber lasers//IEEE Photon. Technol. Lett-2003-V.15, N.12.-P.1698-1700.

93. Bouteiller J.-C. Linewidth predictions for Raman fibre lasers//El. Lett.-2003.-V.39, N.21

94. Burgoyne В., Godbout N., Lacroix S. Theoretical analysis of nth-order cascaded continuous-wave Raman fiber lasers. I. Model and resolution//J. Opt. Soc. Am. B.-2005.-V.22, N.4.-P.764-771.

95. Prabhu M., Kim N.S., Li C., Song J., Ueda K.-I., Allen C. 4.11 W Raman fiber laser at 1239 nm using phosphosilicate fiber. In: Conference on Lasers and Electro-Optics, -P. 544, paper CThV2. 2000.

96. Kim N. S., Prabhu M., Li C., Song J., Ueda K. Output characteristics of P-doped Raman fiber laser at 1484 nm with 2.11 W maximum output power pumped by CW 1064 nm Yb-doped double-clad fiber laser//Jpn. J. Appl. Phys.-2000.-V.39, N.ll-P.6264-6267.

97. Riedel P., Onishchukov G., Shipulin A., Peschel U., Lederer F. Output power stabilization of cascaded Raman fiber lasers. In: Conference on Lasers and Electro-Optics, -P. 74, paper CTuI9. 1998.

98. Sun G. Output-power-clamped Raman fibre laser with suppression of low-frequency RIN transfer from pump sources//El. Lett-2005-V.41, N.8

99. Ahmed F., Prabhu M., Taniguchi A., Kim N.S., Ueda K.-I., Kishi N. Numerical Modeling and Experimental Confirmation of an Efficient Phosphosilicate-Fiber Raman Laser//Jpn. J. Appl. Phys.-2001.-V.40, N.11.-P.6411-6414.

100. Prabhu M., Kim N. S., Jianren L., Ueda K.-I. Output characterictics of high-power continuous wave Raman fiber laser at 1484 nm using phosphosilicate fiber//Opt. Rev.-2000.-V.7, N.5.-P.455-461.

101. Chang D.I., Lim D.S., Jeon M.Y., Lee H.K., Kim K.H. Dual-wavelength cascaded Raman fiber laser. In: Proc. of Optical Fiber Communications Conference, -P. 395-396, paper WAl. Lasers and Electro-Optics Society Annual Meeting.

102. Bolshtyansky M. Spectral Hole Burning in Erbium-Doped Fiber *s Amplifiers//Journ. Light. Techn.-2003.-V.21, N.4.-P.1032-1038.

103. Duff D.G., Heismann F., Litchinitser N., Arend M.F., Golovchenko E., Nissov M. Impact of spectral hole burning on long haul WDM transmission system performance. In: Optical Amplifiers and Their Applications, -P. OMD2. 2001.

104. Walrafen G.E., Krishnan P.N. Model analysis of the Raman spectrum from fused silica optical fibers//Appl. Opt.-1982.-V.21, N.3.-P.359-360.

105. Hollenbeck D., Cantrell C. D. Multiple-vibrational-mode model for fiber-optic Raman gain spectrum and response function//J. Opt. Soc.• Am. B.-2002.-V.19, N.12.-P.2886-2892.

106. Takushima Y., Kikuchi K. Spectral gain hole burning and modulation instability in a Brillouin fiber amplifier//Opt. Lett.-1995.-V.20, N.l -P.34-36.

107. Suzuki K., Nakazawa M. Raman amplification in a P205-doped optical fiber//Opt. Lett.-1988.-V.13, N.8.-P.666-668.

108. Peng P.-C., Tseng H.-Y., Chi S. Long-Distance FBG Sensor System Using a Linear-Cavity Fiber Raman Laser Scheme//IEEE Photon. Technol. Lett.-2004.-V.16, N.2.-P.575-577.

109. Han Y.-G., Lee J.H., Kim S.H., Lee S.B. Tunable multi-wavelength Raman fibre laser based on fibre Bragg grating cavity with PMF Lyot-Sagnac filter//El. Lett.-2004.-V.40, N.23

110. Wang Y., Po H. Impact of cavity losses on cw Raman fiber lasers//Opt. Eng.-2003.-V.42, N.10.-P.2872-2879.

111. Newbury N. R. Raman gain: pump-wavelength dependence in singlemode fiber//Opt. Lett.-2002.-V.27, N.14.-P.1232-1234.

112. Cierullies S., Krause M., Renner H., Brinkmeyer E. Experimental and numerical study of the switching dynamics of Raman fiber lasers//Appl. Phys. B.-2005-V.80.-P. 177-183.

113. Wang Q., Wang Y., Zhang W., Feng X., Liu X., Zhou B. Inhomogeneous loss mechanism in multiwavelength fiber Raman ring lasers//Opt. Lett.-2005.-V.30, N.9.-P.952-954.

114. Liem A., Limpert J., Zellmer H., Tunnermann A. 100-W single-frequency master-oscillator fiber power amplifier//Opt. Lett-2003-V.28, N.17.-P.1537-1539.

115. Fludger C.R. S., Handerek V., Mears R.J. Pump to signal RIN transfer in Raman fiber amplifiers//Journ. Light. Techn.-2001.-V.19, N.8.-P.1140-1148.

116. Doutte A., Suret P., Randoux S. Influence of light polarization on dynamics of continuous-wave-pumped Raman fiber lasers//Opt. Lett.-2003.-V.28, N.24.-P.2464-2466.

117. Krause M., Cierullies S., Renner H., Brinkmeyer E. Pump-to-Stokes transfer of relative intensity noise in Raman fiber lasers. In: Conference on Lasers and Electro-Optics, -P. Paper CMD5. 2004.

118. Selvas R., Sahu J.K., Fu L.B., Jang J.N., Nilsson J., Grudinin А.В., Yla-Jarkko K.H., Alam S.A., Turner P.W., Moore J. High-power, low-noise, Yb-doped, cladding-pumped, three-level fiber sources at 980nrn//0pt. Lett.-2003.-V.28, N.13.-P.1093-1095.

119. Фотиади A.A., Kxj3uu E.A., Петров М.П., Гапичев A.A. Амплитудно-частотная характеристика волоконно-оптического

120. BPMB ycHJMTejifl npn CHJibHOM HCTOineiiHH naKaiiKM//riMCbMa b >KTO.-1989.-V.15, N.11.-P.48-53.

121. Kuzin E.A., Petrov M.P., Fotiadi A.A. Phase conjugation by SMBS in optical fibers. In: Optical phase conjugation, ed. D. P. M. Gower, -P. 74-96. Springer-Verlag. 1994.

122. Mermelstein M.D., K.Brar, Headley C. RIN transfer suppression technique for dual-order Raman pumping schemes//IEEE Photon. Technol. Lett-2003.-V.15, N.10.-P. 1354-1356.

123. Wang Y., Zhang W., Wang Q., Feng X., Liu X., Peng J. Broadband source generated by stimulated Raman scattering and four-wave mixing in a highly nonlinear optical fiber ring cavity//Opt. Lett-2004.-V.29, N.8.-P.842-844.

124. Leplingard F., Borne S., Martinelli C., Leclere C., Lopez T., Guerin J., Bayart D. FWM-assisted Raman laser for second-order Raman pumping. In: Proc. of Optical Fiber Communications Conference, -P. 431-432, paper ThB4. 2003.