Исследование процессов усиления света в активированных оптических волокнах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

• РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК фАзИКО-ТЕХНИЧКСКЦЙ ИНСТИТУТ им.А.Ф.Иоф!»

На правах рукописи

К1ДЯН Роман Витальевич

УДК 681.7.068

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ УСИЛЕНИЯ СВЕТА В АКТИВИРОВАННЫХ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ

(специальности, 01.04.0'; - физика твердого тела)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-метематически наук

Сэнкт-ПетирС-рг 1993

Работа выполнена в Ордена Ленина физико - техническом института им. А.Ф.Иоффе РАН.

Научный руководитель - доктор физико - математических

наук М.П. Петров .

Официальные оппоненты: доктор физико - математических

наук С. Л. Галкин, кандидат физико - математических наук П.А. МаркоЕин .

Будущая организация: Санкт-Петербургский государственный технический университет.

Защита состо1:

,:тся "11' Ь^ОЯХрЯ

1993 г. в

И

чнсов на заседании специализированного совета К 003.23.02 при Физико - техническом институте им.А.Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, г.Сглист - Петербург, К - 21.Политехническая ул.,д.26.

С диссертацией можно ознакомиться в' библиотеке Физико т.-учичйского института ш.А.Ф.Иоффе РАН.

Автореферат разослан " % " 0&-ТА

1993 г.

У-'ений секретарь специализированного соьетя К 002.23.02. * -,нд:;д::т ф;:з. -мат .наук

М1.БПХОЛ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность томы. Исследование процессов взаимодействия оптического излучения с веществом является одной из важнейших задач современной физики твердого тела и квантовой электроники. Значительный научный и практический интерес вызывает изучение процессов взаимодействия света, распространяющегося по волоконному световоду, с материалом, образующим световод. Использование волоконных световодов позволяет получать высокие интенсивности оптического излучения (до Ю9 Вт/см2 и более) при сравнительно малых мощностях излучения. Кроме того, обеспечиваются большие длины взаимодействия- света с веществом - до нескольких километров. Широкое использование волоконных световодов в линиях связи увеличивает ценность фундаментальных исследований, проводимых в данной области.

Успехи последних лет в технологии изготовления волоконных световодов позволили создать одаомодовые световода с сердцевиной, легированной ионами редкоземельных элементов, обладающие шзкими потерями (0.1 - I дБ/км) при высокой квантовой эффективности активатора [I]. Это стимулировало интенсивные исследования различных аспектов взаимодействия света со стеклом, легированным ионами редкоземельных элементов, образующим световод.

Существенное значение имеют исследования активированных' кварцевых волоконных световодов, поскольку они совместимы с кварцевыми волоконными световодами, используемыми в волоконно-оптических линиях связи. В частности, большой интерес представляют легированные ионами Ег3+ кварцевые волокна, которые имеют линию усиления в диапазоне 1.5 мкм, что совпадает с окном прозрачности кварцевых волоконных световодов.

К числу задач, имеющих важное практическое и научное значение, относятся следующие.

Исследование влияния профиля показателя преломления волоконного световода на усиление и генерацию света, поскольку данные процессы существенно зависят от волноводных параметров световода. В частности, интересные результаты могут быть получены при использовании волоконных световодов с двухступенчатым профилем по-

казателя преломления. В этом случае можно получить существенно отличающиеся интенсивности излучения накачки и сигнала, а также значительно.отличающийся модовый состав накачки и сигнала. Например, может быть обеспечен одномодовый режим распространения для сигнала и существенно многомодовый для излучения накачки, что позволяет осуществлять накачку активированных волокон мощными многомодовыми лазерными диодами. Последнее важно при создании мощных волоконных лазеров и усилителей.

Большая ширина линии усиления легированных ионами Ег3+ кварцевых волоконных световодов (около 40 нм) делает их очень подходящими для усиления и генерации оптических импульсов пикосекунд-ного и субпикосекундного диапазонов. Генерация последовательности коротких импульсов может Сыть получена в лазере с пассивной синхронизацией мод. Перспективным направлением исследований является использование нелинейных оптических явлений в- волокне, таких как эффект Керра и самовращение эллипса поляризации оптического излучения, для осуществления пассивной синхронизации мед в волоконном лазере. Таким оЛразом, задача исследования нелинейных оптически?' пвлений в кварцевых волоконных световодах, легированных ионами редкоземельных элементов, и их примеиенчя для осуществления пассивной синхронизации мод в волоконном лазере представляет большой научный и практический интерес.

Оптические усилители на основе активированных волокон используются в волоконных линиях связи, локальных сетях и др. в качестве линейных усилителей. К числу параметров волоконных усиг лителей, определяющих возможные области их применения, Ьтносится максимальная выходная мощность. Она ограничена процессом насыщения усиления, который имеет место при повышении мощности сигнала на выходе усилителя. Увеличение максимальной'выходной мощности позволяет решить ряд прикладных задач и расширяет сферу применения 'ьолоконных усилителей. Это обусловливает необходимость де-гйл.чюго ^следования эффекта насыщения усиления волоконных усилителей. Полученные результаты также полезны для анализа работы рьзл'.чных волоконных лазеров.

Цуъ работы. Основной целью данной • работы было исследование -процессов усилэкия и генерации света в кварцевых волоконных

>

световодах, легированных ионами Ег3+ и на3+. В том числе: исследование возможности использования эффекта нелинейного вращения эллипса поляризации в активированном световоде для синхронизации мод волоконного лазера; исследование процессов усиления и генерации света в кварцевом волоконном световоде, легированном ионами с двухступенчатым профилем показателя преломления; исследование процессов насыщения усиления света в кварцевых волоконных световодах, легированных ионами Ег3+ и ма3*.

Основные положения, выносимые.на защиту.

1. В работе предложена модель волоконного лазера с пассивно!! синхронизацией мод, основанная на эффекте самопращения эллипса поляризации оптического излучения в кварцевом•волоконном световоде, легированном ионами Ег3+.

Эффект самовращения эллипса поляризации оптического излучения в кварцевом ролоконном световоде, легированно», ионами Ег3+, позволяет реализовать режим пассивной синхронизации мод в линейном волоконном лазере. '"Такой лазер обеспечивает генерацию последовательности шпульсов с длительностями пикосекундного диапа зона.

2. Волоконный световод с двухступенчатым профилем-показателя преломления, легированный ионами ма3+, может быть использован для усиления оптического излучения, при этом сохраняется одномодовая структура усиливаемого излучения.

3. Насыщение усиления в волоконных световодах, легированных ионами редкоземельных элементов, в случае'умеренных величин усиления (до 20 - 30 дБ) определяется в основном двумя следующими факторами:1 Соотношением скорости опустошения верхнего лазерного уровня вследствие спонтанных переходов и скорости его опустошения вследствие переходов, индуцированных излучением сигнала - последняя должна Сыть меньше'; второй существенный фактор - изменение величины поглощаемой в толокне мощности излучения накачки, которое обусловлено увеличением мощности сигнала.

, В кварцевых волоконных световодах, легированных ионами ыа3*, в зависимости от длины волокна и мощности излучения накачки может преобладать как первый, так и второй механизм Если н вологаю поглощаемся вся накачка - преобладает первый механизм. В этом

случав увеличение мощности сигнала, насыщающей усиление, может быть достигнуто путем уменьшения коэффициента перекрытия между излучением сигнала и инверсией населенности, например, при размещении активатора в кольцевой коаксиальной области.

4. В кварцевом волоконном световоде, легированном ионами Ег^* как щи: накачке излучением с длиной волны 980 нм, так и при длине волны накачки 1.48 мкм, основным механизмом, определяющим мощность сигнала, насыщающую усиление, является изменение мощности излучения накачки, поглощаемой активированным волокном, обусловленное увеличением мощности сигнала.

Если накачка волоконного световода осуществляется на длине волны 980 нм, уменьшение коэффициента перекрытия между излучением сигнала и инверсией населенности приводит к падению мощности сигнала, насыщающей усиление. При накачке волокна излучением с длиной волны 1.48 мкм профиль распределения активатора по поперечному сечению волокна слабо влияет На величину допустимой мощности сигнала.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней:

1. Впервые, одновременно и независимо от зарубежных авторов предложена модель волоконного лазера с пассивной синхронизацией мод, оскованнря на эффекте самовращения,эллипса поляризации оптического излучения в кварцевом волоконном световоде, легированном ионами Ег3+.

Впервые предложена новая схема легированного ионами Ег3+ волоконного лазера с пассивной синхронизацией мод на основе эффект? самовращения эллипса поляризации оптического излучения." В отличив от известных схем подобных волоконных лазеров, предложенная в работе схема имеет линейную конфигурацию, что делает конструкцию лазера очень простой. Получен режим пассивной синхронизации мод в легированном ионами Ег3+ волоконном лазере с использованием э$фекта самовращения эллипса поляризации оптического излучения. Проведено детальное экспериментальное исследование различных режимов работы такого волоконного лазера.

2. Впервые разработана простая аналитическая модель усиления света в волоконных световодах, легированных ионами редкоземельных элементов, позволяющая учитывать произвольный характер распреде-

ления активатора по поперечному сечению волокна и справедливая при любой мощности усиливаемого излучения. С помощью этой модели вперЕые проведено детальное теоретическое исследование процесса насыщения усиления в волоконных световодах, легированных ионами редкоземельных элементов. Проанализированы физические причины ограничения максимальной выходной мощности волоконно-оптического усилителя, предложены способы ее повышения.

3. Проведено детзльное теоретическоз и экспериментальное исследование усиления и генерации света в волоконном световоде с двухступенчатым профилем показателя преломления, легированном ионами Впервые такой волоконный световод использован в во-

локонно-оптическом усилителе.

Практическая ценность.

1. Показано, что эффект самовращения эллипса поляризации оптического излучения в кварцевом волоконном светсгодо, легированном ионами Ег3+, может быть использован для синхронизации мод в волоконном лазере.

Предложена линеиная схема волоконного лазера, легированного ионами Ег3+ , с пассивной синхронизацией мод на основе эффекта самовращения/эллипса поляризации оптического излучения. Изготовлен макет такого лазера, проведено его экспериментальное исследование.

2. Разработана простая, удобная для анализа аналитическая модель усиления света в волоконных световодах, легированных ионами редкоземельных элементов, которая позволяет учитывать произвольный характер распределения активатора по попере1. юму сечению волокна и справедлива при любой мощности сигнала.

3. Проанализированы физические причины ограничения мак симальной выходной мощности волоконно-оптического усилителя, предложены способы ее повышения.

4. Показано .что волоконный световод с двухступенчатым профилем показателя преломления, легированный ионами может быть использован в волоконно-оптическом усилителе.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, список которых приведен в конца автореферата.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доклады

вались и обсуждались на: Международной конференции по волоконной оптике 1йкос*Э1 (Ленинград, 1991 г.). 13Рос'92 (Ст.-Петербург, 1992 г.); II Всесоюзной конференции "Физические проблемы оптической связи и обработки информации" (Севастополь, 1991 г.); Между-, народной конференции по когерентной и нелинейной оптике КиН0'91 (Ленинград, 1991 г.); III Международной конференции "Физические проблемы оптической связи и обработки информации" (Севастополь, 1992 г.); Международной конференции по оптическим вычислениям (Минск, 1992 г.); Международной конференции "Оптика лазеров" (Ст.-Петербург, 1993 г.); а также на ряде научных семинаров в ФГИ" им. А.Ф. Иоффе' РАН и ГОИ им. С.И. Вавилова.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения; содержит 43 рисунка и фотографии, библиографию из 109 наименований. Полный объем диссертации - 145 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности проведенных в диссертационной работе исследований. В нем сформулирована цель работы, определены научная новизна и практическая ценность полученных результатов, изложены защищаемые положения.

В первой главе диссертации приведен обзор' литературы по кварцевым волоконным световодам, легированным ионами ЕгЭ+, и по эффекту самовращения эллипса поляризации оптического, излучения в волоконных световодах.

Во второй главе описаны общие вопросы., методики проводимых экспериментов, а также нестандартное экспериментальное оборудование, которое было изготовлено в ходе выполнения работы,- на:уда лазер с удвоением частоты, устройство ввода излучения лазерного даода в оптическое волокно, коррелятор для измерения длительности импульсов пикосекундного диапазона.

Третья глава диссертации содержит оригинальную часть работы, связанную с применением эффекта самовращения эллипса поляризации оптического излученеия в кварцевом волоконном световоде, легированном «юнак"! Ег"ч+, для осуществления синхронизации мод волокон-

ного лазера. Приведены результаты теоретических оценок наблюдае мых явлений.

В § 3.1 описана оригинальная схема волоконного лазера с пассивной синхронизацией мод на основе эффекта самовращения эллипса поляризации. Отмечены отличия предложенной схемы от известных [2 - 6] и ее преимущества.

На рис.1 приведена птюдложенная схема лазера. Лазер состоит из отрезка волоконного световода, легированного Ег3+, - 2. Волокно обладает слабым двулучепреломлением. Числовая апертура световода - 0.17, длина волны отсечки - 1.05 мкм, концентрация активатора в сердцевине 500 рри, длина волокна около 10 м. Накачка волокна осуществлялась излучением с длиной волны 532 нм.

532 нм 2 3 г—т! ВЫХОД

-► 1-—уО [А В-»

1 а 5

Рис Л г 4

Один из торцов волокна обломан под углом 90' к оси и приставлен к диэлектрическому интерференционному зеркалу I (коэффициент отражения в диапазоне 1.5 мкм - 99%, коэффициент пропускания на длине/волны 532 нм - Э9%). Через этот торец осуществляется ввод излучения накачки в волокно. Противоположный торец волокна сошлифован под углом 15е к оси с тем, чтобы отраженный от торца свет не распространялся в сердцевине волокна. Далее размещаются микрообъектив 3, поляризатор 4 (призма Глана) и второе зеркало 5 (коэффициент отражения 90% в диапазоне 1.5'мкм).

В параграфе пр.-веденэ качественная модель работы такого лазера, основанная на эффекте самовращения эллипса поляризации оптического излучения в волоконном световоде.

§ 3.2 содержит результаты экспериментального исследования линейного Ег3+- волоконного лазера с пассивной синхронизацией мод на основе эффекта самовращения эллипса поляризации.

Если в схеме рис.1 отсутствует поляризатор, лазер работает в режиме непрерывной генерации, мощность излучения на выходе 5 мВт при мощности накачки, введенной в волокно, 150 мВт.

После установки в резонатор лазера поляризатора возникает самостартующий режим пассивной синхронизации мод. Происходит ге-

нерация цугов импульсов. Частота повторения цугов 10.523 МГц определяется длиной резонатора. Параметры цугов зависят от величины обратной связи, длины волокна, ориентации поляризатора и уровня накачки.

На рис.2(а) показана зависимость амплитуды огибающей цугов от средней мощности излучения, последнюю изменяли путем изменения величины обратной связи (для этого перемещали микрообъктив 3 вдоль оптической оси). На рис.2(6) приведена подобная зависимость длительности цуга.

Рср, мВт

. . Рис.2.

Когдз величина обратной связи максимальна, расстояние меаду импульсами в цуге - 70 пс. Автокорреляционная функция импульсов имеет длительность 5 пс (рис.3), что соответствует длительности импульсов 3 - 3.5 пс. Оценки показывают, что импульсы в резонаторе имеют пиковую мощность около 30 Вт. Этого достаточно для возникновения поляризационной неустойчивости оптического излучения в волокне .

Уменьшение величины обратной связи приводит к росту длительности импульсов, что,в свою очередь,ведет к росту амплитуды огибающей цугов, т.к. полоса пропускания регастри-

-6 -4-20246 время зчлержки, пс

Рнс.З.

to

руклцей аппаратуры ужа спектральной ширины" импульсов. Это подтверждают и измерения с помощью коррелятора. При некоторой величине обратной связи (соответствущей средней мощности излучения 4,4 мВт) происходит скачкообразное увеличение длительности импульсов, образующих цуг, до 0.1 - I не и длительности цуга до 20 - 30 не.

Дальнейшее уменьшение обратной связи сопровождается падением средней мощности излучения и амплитуды огибающей, а когда средняя мощность становится меньше 3.9 мВт, лазер переходит в режим свободной генерации.

Генерация последовательности одиночных импульсов длительностью I - 10 пс была получена при установке в резонатор лазера . \/а - пластинки, она помещалась между микрообъективом 3 и-поляризатором 4 (рис.1), а угол ме-хду направлением поляризации света, прошедшего поляризатор, и одной из главных осей пластинки бвд сколо 0 тли 45°.

Уменьшение мощности излучения накачки приводит к переходу лазера в режим свободной генерации при мощности накачки 125 мВт (в случае максимальной величины обратной связи).

В четвертой главе диссертации приведены результаты экспериментального и теоретического исследования усиления и генерации сьета в кварцевом волоконном световоде с двухступенчатым профилем покупателя преломления, легированном ионами Nd3+.

В § 4.1 приведены результаты экспериментального исследования усиления света в кварцевом волоконном световоде с двухступенчатым профилем показателя преломления, легированном ионами Nd3+. В экспериментах использовано волокно, которое имеет две оболочки, образующие два соосных световода: "внешний" многомодовый диаметром 50 мкм с Лп = 0.032 и ••внутренний" одномодовый диаметром 7.8 мкм с дп = 0.0IG. Активатор находится только во "внутреннем" световоде, его концентрация 600 - 800 ррт..

Накачку волокна - осуществляли мощным мнегомодовум inGaAeP'ОгАз лазерным' диодом (ДЦ) [7]. Мощность излучения ЛД около 600 мВт, длина волк J излучения 320 - 830 нм.

При поглощенной в волокне мощности накачки 180 мВт получено уоилеш:'? около II дБ. Длина волны сигнального излучения была

U

12.с> А6 —

9-

3

6

-30 -20 -10 0 10 20

РБЫХ, дБ/мВт

т

1.078 мкм. На рис.4 приведена зависимость коэффициента усиления от мощности сигнала на выходе из волокна. Падение усиления на 3 дБ происходит при выходной мощности сигнала 12.75 дБ/мВт. На рис.4 также приведена соответствующая расчетная зависимость.

Рис.4,.

Б 4.2 содержит результаты экспериментального исследования лазера на основе волокна с двухступенчатым профилем показателя преломления.

Лазер был изготовлен из того ке волокна, что и усилитель. На один торец волокна было напылено диэлектрическое интерференционное зеркало (коэффициент отражения на длине волны 1.078 мкм -93%, коэффициент пропускания на длине волны 830 нм - 83%). Через этот торец вводили излучение накачки многомодового ЛД. Максимальная мощность накачки, поглощенная в волокне, составила 215 мВт. Измерения параметров лазера были проведены при различных значениях коэффициента отражения выходного зеркала - 27%, 35% и 55%. Соответствующе этим коэффициентам отражения зависимости генерируемой мощности от мощности излучения накачки, поглощенной в волокне, показаны на рио,5(з), (б) и (в). На этих же рисунках приведены расчетные зависимости. Максимум линии генерации находился на. длине волны 1.087 мкм.

В 6 4.3 проведен теоретический анализ усилителя и лазера на основе волокна с двухступенчатым профилем показателя преломления. Расчет проводился на основе модели, которая описана в главе 5 диссертационной работы. На рис.4, рис.5 показаны расчетные кривые для волконных усилителя и лазера, соответственно. Во всех случаях имеет место хорошее соответствие расчетных и экспериментальных зависимостей.

р_, мВт р„, мВт

Рн, мВт

Рис.5.

Пятая глава диссертации содержит результаты теоретического исследования процесса насыщения усиления в кварцевых волоконных световодах, легированных ионами Ег3+ и ыа3+.

Обычно анализируют усиление слабых сигналов, когда можно пренебречь насыщением усиления с8ь В то же время, хотя ряд статей и посвящен расчэту параметров волоконных усилителей, легированных ионами редкоземельных элементов, при большой мощности- сигнала, например [9т, детальный анализ факторов, определяющих мощность сигнала, насыщающую усиление, отсутствует.

В § 5.1 проведено теоретическое рассмотрение усиления света в кварцевых волоконных световодах, легированных ионами Рас-

четы основаны нз скоростных уравнениях, в которых учтена модовая структура излучений накачки и сигнала и эффект усиления спонтанного излучения. В расчета:, использовано приближение коэффициентов перекрытия между 1 инверсией населенности и излучением сигнала и накачки. Получены аналитические выражения для мощности сигнала,

насыщающей усиление, И ДМ коэффициента усиления. Последнее справедливо при любой мощности сигнала и может быть использовано при произвольном распределении ат'тивагора по поперечному сечению волокна.

В § 5.2 проведено аналогичное рассмотрение процесса насыщения усиления в кварцевом волоконном световоде, легированном ионами Ег3+, при накачке излучением с длиной волны 980 нм и 1.48 мкм.

В § 5.3 проанализированы результаты, полученные в § 5.1 и §5.2, сделаны выводы относительно возможности увеличения мощности сигнала, насыщающей усиление, в кварцевых волоконных световодах, легированных ионами ыа3+ и Ег3+.

ВЫВОДЫ

Основные результаты диссертационной работы могут быть сформулированы следующим образом.

1. Впервые, одновременно и независимо от зарубежных авторов предложена модель вол чонного лазера с пассивной синхронизацией мод, основанная на аффекте самовращения эллипса поляризации оптического излучения в кварцевом волоконном световоде, легированном ионами Ег3+.

Эффект самовращения „ллипса поляризации применен для реализации режима пассивной синхронизации мод в линейном волоконном лазере оригинальной конструкции.

В лазере получена генерация цугов импульсов с параметрами, определяемыми режимом работы лазера. В частности, наблюдалась генерация импульсов длительностью 3 - 3.5 пс,. пиковая мощность импульсов и резонаторе около 30 Вт.

2. На основе экспериментальных данных и теоретических оценок высказано предположение о том, что в режиме пассивной синхронизации мод в активированном волоконном световоде, образующем резонатор лазера, наблюдается эффект поляризационной неустойчивости.

3. Впервые продемонстрирована возможность использования волоконного световода с двухступенчатым профилем показателя преломления, легированного ионами в качестве оптического усилителя. Накачка Волоконного световода осуществлялась излучинием

МОЩНОГО МНОГОМОДОВОГО InGaAsP/GaAs - ЛЭЗврНОГО ДИОДЭ. ДЛИНЭ ВОЛЬЫ

излучения-821 км, в волокне поглощалось 180 мВт излучения накачки. При этом получено усиление II дБ.

4. Проведено экспериментальное и теоретическое исследование лазера на основе волоконного световода с двухступенчатым профилем показателя преломления. Получена генерация излучения с длиной волны 1.08 мкм и мощностью 51 мВт при поглощенной в волокне мощности накачки 215 мВт. Дифференциальный КПД составил 34%, пороговая мощность накачки 30 мВт.

5. Впервые разработана простая аналитическая модель усиления света в волоконном световоде, легированном ионами редкоземельных элементов, позволяющая учитывать произвольный характер распределения активатора по поперечному сечению волокна и справедливая при любой мощности сигнала. С помощью этой модели впервые проведено детальное теоретическое исследование процесса насыщения усиления трех- и четырехуровневых волоконных усилителей, проанализированы физические причины ограничения максимальной выходной мощности усилителя. Показано, что насыщение усиления волоконных усилителей нз основе световодов, легированных ионами редкоземельных элементов, в случае умеренных величин усиления (до 20 - 30 дБ) определяется в основном двумя следующими факторами; соотношением скорости опустошения верхнего лазерного уровня вследствие спонтанных переходов и скорости его опустошения вследствие переходов, индуцированных излучением сигнала - последняя должна быть меньше 4 второй существенный фактор - изменение величины поглощаемой в волокне мощности излучения накачки, которое обусловлено увеличением мощности сигнала.

В кварцевых волоконных световодах, легированных ионами Nd3+, в зависимости от длины волокна и мощности излучения накачки может преобладать как первый, так и второй механизм. Если в волокна поглощается вся накачка - преобладает первый механизм, в этом случае увеличение мощности сигнала, насыщающей усиление, может быть достигнуто путем уменьшения коэфЕициента перекрытия между излучением сигнала и инверсией населенности, например, при размещении активатора в кольцевой коаксиальной области.

6. В кварцевом волоконном световоде, легированном ионами

Ег3+; как при накачке излучением с длиной волны 980 нм, так и при длине волны накачки 1.48 мкм, основным механизмом, определяющим мощность сигнала, нрсыщающую усиление, является изменение мощности излучения накачки, поглощаемой активированным волокном, обусловленное увеличением мощности сигнала.

Если накачка волоконного световода осуществляется на длине волны 980 нм, уменьшение коэффициента перекрытия между излучением сигнала и инверсией населенности приводит к падению мощности сигнала, насыщающей усиление. При накачке волокна излучением с длиной волны 1.48 мкм профиль распределения активатора по поперечному сечению волокна слабо влияет на величину допустимой.мощности сигнала.

Цитируемая литература

1. Ainelie B.J. A review of the fabrication and properties of erbium-doped fibers for optical amplifi rs.- J. of Lightwave Techno1.i I991, v.9, N 2, pp.220-227.

2. Richardson D.J., Laming R.I., Payne D.N.. Matsas V.. Phillips M.W. Selfetarting, passively modelocked erbium fibre ring laser based on the amplifying Sagnac Bwitch.- Electr. Lett., 1991, v.27, N 6, pp.542-544.

3. Duling I.N., III. Subpicosecond all-fibre erbium laser.-Electr. Lett., 1991, v.27, N 6, pp.544-545.

4. Matsas V.J., Newson Ч.Р.. Richardeon D.J., Payne D.N. Self-starting passively mode-locked fibre ring soliton laser exploiting nonlinear polarization rotation.- Electr. Lett., 1992, v.28, N 15, ppЛ391-1393.

5. Tamura K., Haus H.A., Ippen E.P. Self-starting additive pulse mode-locked erbium fibre ring laser.- Electr. Lett., 1992, v.28, N 24, рр.2226-2л28.

6. Hofer M.. Fermann M.E., Haberl F. . Ober M.H.. Schidt A.J Mode locking with c.oss-phase and self-phase modulation.- Opt. Lett., I991, v.I6, N 7, pp.502-504.

7. Jarbuzov D.Z. at al. High power single Btripp SQH SQW InGaAeP/GaAs pumping diode-o.- CLEO-90, Calif.- 1990.- CA. , Tech. digest, v.7, p.468.

8. Digonnet M.J.F. Closed-form expressions for the gain in three-and four-level laser fibers.- IEEE Л. of Quant. Electr., 1990, v.26, N 10, pp.1788-1796.

9. Giles C.R., Desurviro E. Modeling erbium-doped fit г amplifier.- J. of Lightwave Techno1., I991, v.9, N 2, pp.271-283.

Список работ по теме диссертации

1. Петров М.П., Заяц А.И., Киян Р.В.,'Кузин Е.А., Лорьян P.P., Спирин В.В. Усиление света в многомодовом кварцевом волокне, активированном Nd3+ при накачке полупроводниковым лазером.- Письма в ЖТФ, 1991, т.17, в.4, ст.19-23.

2. Petrov М.Р., Kiyan R.V., Kuzin Е.А., Spirin V.V., Garbuzov

d.z., Kochergin A.V., Rafallov E.U. Gain and lasing in double-3+

step-index Nd -doped Bilica fibers.- Soviet Lightwave Communications. , '992, v.2, N 2, pp.125-132.

3.^ Петров М.П., К..ЯН P.В., Кузин E.A., Спирин В.В. Линейный, ErJ+- золоконный лазер с пассивной синхронизацией мод на основе самовращения эллипса поляризации.- Письма в ЖТФ, 1993, т.19, в.10, ст.22-25.

4. Kiyan R.V.\ Kuzin Е.А.. Petrov М.Р. , Spirin V.V., Garbuzov

0.Z., Kochergin A.V., Rafailov E.U., Zayats A.I.; Loryan R.R.

3+

10-d-1 Gain in double-step-inJex multimode Nd -doped fiber pumped by an InGaAsP/GaAs laser diode.- Proc. ISFOC'91, V.l, Leningrad 1991, pp.203-205.

6. Петров М.П., Киян P.В., Кузин E.A., Спирта В.В., Гарбузов Д.З., Кочергин А.В., Рафаилов Э.У. Усиление света в многомодовом КВарцеВОМ ВОЛОКНе, аКТИВИрОВаННОМ Nd3+, при Накачке InGaAsP/GaAs

лазерным диодом.- 2 Всесоюзная конференция "Физические проблемы оптической связи и обработки информации", тезисы докл., Севастополь 195Г, с.12.

6. Петров М.П., Киян Р.В., Кузин Е.А., Спирин В.В., Гарбузов Д.З., Кочергин А.В., Рафаилов Э.У. Усиление света в многомодовом

КВЗрцеВОМ ВОЛОКНВ, ЭКТИВКрОВаИНОМ Nd3+, при накачке InGaAsP/GaAe

лазерным диодом.- Международная конференция "Когерентная ч нели-кеЯна'ч оптика" КиНО .91, тезисы докл. т.З, Ленинград 1991, с.128.

7. Kiyan R.V.% Kuzin E.A., Rogacheva E.A., Splrin V.V. Calculation of* gain for three- and four-level fiber amplifiers with arbitrary distribution of dopand trough the fiber croae section.-Proc. ISFOC'92, St.-Petersburg 19S2. pp.138-141.

8. Petrov M.P., Kiyan R.V., Kuzin E.A., Rogacheva E.A., Spirin V.V. Fiber amplifiers for optical information processing systems.- ICO International Topical Meeting on Optical Computing, Minsk 1992, p.29E6.

9. Петров М.П., Киян P.B., Кузин E.A., Рогачева Е.А., Спирин В.В.. Насыщение усиления трех- и четырехуровневых волоконных усилителей.- 3 Международная конференция "Физические проблемы оптической связи и обработки информации", тезисы докл., Севастополь 1992, с.21.

10. Киян Р.В., Кузин Е.А., Петров Ы.П., Спирин В.В. Волоконный световод для оптического квантового усилителя.- Заявка на изобретение Но 4909679/25 МКИ 5 H0IS 3/07, приоритет от. 12.02.91, положительное решение от 14.02.92.

РТП ПИЯФ,зак.525,тир.100,уч.-изд.л.1; 17/УЛ-1993 Бесплатно