Мощные непрерывные иттербиевые лазеры на световодах с многоэлементной первой оболочкой тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ
|
Мелькумов, Михаил Александрович
АВТОР
|
||||
|
кандидата физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Москва
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2006
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.21
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ВОЛОКОННОЙ оптики ПРИ ИНСТИТУТЕ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ им. А.М.Прохорова РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
На правах рукописи УДК 535.8:621.372.8.001.5
Мелькумов Михаил Александрович
МОЩНЫЕ НЕПРЕРЫВНЫЕ ИТТЕРБИЕВЫЕ ЛАЗЕРЫ НА СВЕТОВОДАХ С МНОГОЭЛЕМЕНТНОЙ ПЕРВОЙ ОБОЛОЧКОЙ
Специальность: 01.04.21 - "Лазерная физика"
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
Москва - 2006
Работа выполнена в Научном центре волоконной оптики при Институте общей физики им. А.М.Прохорова РАН
НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:
Буфетов Игорь Алексеевич - доктор физико-математических наук,
старший научный сотрудник НЦВО при ИОФ РАН, г. Москва
ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:
Ильичев Николай Николаевич - доктор физико-математических наук
ИОФ РАН, г. Москва Семенов Александр Сергеевич - кандидат физико-математических наук,
Защита состоится " 27 " марта 2006 г. в 1500 на заседании диссертационного совета Д 002.063.02 в Институте общей физики им. А.М.Прохорова РАН по адресу: 119333, Москва, ул. Вавилова, д.38, корп. 3
С диссертацией можно ознакомиться в библшлеке ИОФ РАН Автореферат разослан "_" февраля 2006 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Макаров Вячеслав
доцент
Физический институт
им. П.Н. Лебедева РАН, г. Москва
Ведущая организация:
Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород
тел. 132-83-94
Петрович
Л 057
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Настоящая работа посвящена созданию и экспериментальному исследованию мощных (до 100 Вт) непрерывных одномодовых полностью волоконных итгербиевых лазеров на фосфоросиликатных (ФС) и алюмосиликатных (АС) световодах с многоэлементной первой оболочкой, исследованию генерационных параметров световодов для таких лазеров, и определению эффективности передачи излучения между элементами в структуре световодов с многоэлементной первой оболочкой.
Актуальность темы
Развитие непрерывных волоконных лазеров за последние несколько лет приблизило мощности таких лазеров к мощности С02-лазеров и Ш:УАО лазеров. При этом, как правило, волоконные лазеры существенно превосходят газовые и твердотельные лазеры по таким характеристикам, как качество пучка, стабильность излучения, долговечность, мобильность и эффективность.
Наиболее интересными при создании мощных волоконных лазеров являются волоконные световоды на основе плавленого кварца, легированные ионами УЪ3+. Это обусловлено, в первую очередь, высокими лазерными характеристиками таких световодов, их высокой эффективностью и относительной простотой создания мощных лазеров на их основе.
Работы в данном направлении, опубликованные за последнее время, в большей степени посвящены повышению выходной мощности одномодовых и маломодовых лазеров на световодах с двойной оболочкой. При этом анализу генерационных параметров различных типов волоконных световодов практически не уделяется внимания. Кроме того, до настоящей работы, в литературе отсутствовал анализ эффективности передачи излучения между пассивным и активным световодами в структуре с многоэлементной первой оболочкой (МПО-световоды), которые являются перспективными для создания мощных полностью волоконных одномодовых лазеров.
Таким образом, актуальность настоящей работы определяется необходимостью дальнейшего повышения мощности итгербиевых волоконных лазеров и детального исследования генерационных параметров наиболее востребованных в мощных волоконных лазерах типов световодов, а именно ФС и АС световодов, легированных ионами УЬ3+.
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА 3 С.-Петербург
ОЭ
Основные цели диссертационной работы
> Исследование и сравнительный анализ генерационных параметров ФС и АС волоконных световодов, легированных ионами УЬ3+, пригодных для создания мощных волоконных лазеров и усилителей;
> исследование и анализ эффективности передачи излучения между пассивным и активным элементами в МПО-световодах;
> создание и исследование свойств мощных непрерывных одномодовых итгербиевых лазеров на основе МПО-световодов.
Научная новизна диссертационной работы
> Измерены сечения вынужденных переходов ионов УЬ3+ в АС и ФС световодах, по этим данным рассчитаны возможные диапазоны длины волн генерации лазеров на таких световодах с двойной оболочкой;
> Экспериментально исследована скорость перераспределения мощности между пассивным и активным элементами в МПО-световодах и предложена приближенная модель для расчета эффективности такой передачи в зависимости от параметров МПО-световода, качественно согласующаяся с экспериментальными данными;
> Создан ряд полностью волоконных непрерывных одномодовых итгербиевых лазеров на фосфоросиликатных световодах с многоэлементной первой оболочкой с выходной мощностью до 100 Вт.
Практическая значимость диссертационной работы
Полученные спектральные зависимости сечений лазерных переходов УЬ3+ в ФС и АС световодах имеют большое значение при проектировании лазеров, усилителей и люминесцентных источников излучений на данных типах световодов. Рассчитанные диапазоны длин волн генерации позволяют подбирать более удобный тип световода в каждом конкретном случае в зависимости от требуемой длины волны генерации или полосы усиления.
Измеренные и полученные аналитически характеристики световодов с многоэлементной первой оболочкой позволяют эффективно проектировать более мощные полностью волоконные лазеры и усилители на таких типах световодов.
Созданные полностью волоконные непрерывные одномодовые иттербие-вые лазеры мощностью до 100 Вт на МПО-световодах могут найти большое число применений в обработке материалов, медицине, метрологии, научных приложениях. Кроме того, реализованные на световодах такого типа схемы лазеров демонстрируют потенциальные возможности по масштабированию уровня выходной мощности.
Результаты работы, выносимые на защиту:
> Экспериментально полученные спектральные зависимости сечений вынужденных переходов ионов Yb3+ в АС и ФС световодах. Рассчитанные диапазоны длин волн генерации лазеров на таких световодах с двойной оболочкой;
> Экспериментально измеренные угловые и интегральные (по углу) зависимости скорости перераспределения мощности излучения накачки между пассивным и активным элементами в МПО-световодах от длины исследуемого образца. Приближенная модель для расчета эффективности такой передачи в зависимости or параметров МПО-световода и параметров излучения;
> Создан ряд одномодовых непрерывных иттербиевых лазеров на ФС световодах с двухэлементной и трехэлементной первой оболочкой с выходной мощностью до 100 Вт.
Апробация работы
Результаты исследований, изложенные в диссертационной работе, опубликованы в трех статьях, препринте, и доложены на двух международных конференциях: 13th International Laser Physics Workshop LPHYS'2004 (г. Триест, Италия, 2004 г.), European Conference on Optical Communication ECOC-2004 (r. Стокгольм, Швеция, 2004 г.), а так же на семинарах НЦВО. Работа "Генерационные параметры иттербиевых волоконных световодов, легированных Р205 и АЬОз", являющаяся частью настоящей диссертации, получила первое место на конкурсе научных работ молодых ученых НЦВО.
Структура диссертационной работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 125 страницах машино-
писного текста, содержит 70 рисунков и 10 таблиц. Список литературы содержит 77 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во Введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы, ее научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены выносимые на защиту основные результаты работы.
В Главе 1 дан обзор развития мощных непрерывных одномодовых ит-тербиевых волоконных лазеров. Рассмотрены основные применения мощных непрерывных волоконных лазеров. Проведено краткое сравнение между мощными волоконными и наиболее распространенными мощными твердотельными (Ыс1:УАО) и газовыми (С02) лазерами. Рассмотрены основные элементы конструкции волоконных лазеров, включая активную среду, резонатор и типы накачки. Приводится описание свойств различных типов световодов с двойной оболочкой, а так же обсуждаются основные способы ввода излучения накачки в световоды такого типа.
В Главе 2 - Моделирование непрерывных одномодовых иттербиевых волоконных лазеров с двойной оболочкой проведено численное моделирование процесса стационарной генерации одномодовых иттербиевых волоконных лазеров. Рассчитаны распределения температуры по радиусу активного световода в зависимости от различных параметров волоконных лазеров и условий охлаждения поверхности световода. Оценены пороги таких нелинейных эффектов как ВКР (Вынужденное Комбинационное Рассеяние) и ВРМБ (Вынужденное Рассеяние Мандельштама Бриллюэна), и обсуждаются некоторые проблемы, связанные с уширением спектра генерации за счет четырехфотонного взаимодействия.
В параграфе 2.1 приведен расчет зависимости выходных характеристик непрерывных волоконных иттербиевых лазеров, включая выходную мощность и КПД лазерной генерации, в зависимости от параметров резонатора и активного световода. Рассчитанная для определенного набора параметров лазера зависимость КПД лазерной генерации от эффективного коэффициента отражения глухого зеркала (в качестве зеркал использовались волоконные брэгтовские решетки (БР)) представлена на Рис. 1. Такая зависимость позволяет оценить влияние потерь на вытекание мощности сквозь глухую БР на КПД лазера. Лазерное излучение может проходить сквозь БР, если спектр генерации становит-
ся шире спектра отражения БР, что может быть вызвано, например, такими нелинейными эффектами как четырехфотонное взаимодействие.
Рис. I Зависимость КПД лазерной генерации - Т) (ед.) от эффективного коэффициента отражения глухого зеркала - Л (ед.).
В параграфе 2.2 показано, что в случае эффективного теплоотвода на поверхности световода важным становится только распределение температуры по радиусу самого световода. При этом даже при мощности лазерной 1енерации порядка 1 кВт изменение температуры сердцевины световода не превышает 15 градусов, что практически не повлияет на выходные характеристики лазера. То есть, при соответствующем охлаждении поверхности световода в волоконных лазерах мощностью 1 кВт (и более) не будут наблюдаться негативные тепловые эффекты, свойственные обычным твердотельным лазерам. На Рис. 2 представлены расчетные зависимости температуры активного световода по радиусу на выходном конце лазера для различных мощностей лазерной генерации.
рю
Н <3
- 1
■ 2 — 3
ч
S
20
40
60 80 Г, мкм
100 120
Рис. 2 Изменение температуры по сечению волоконного световода (аье=0,02 дБ/м, а<ш „hs-1 дБ/м) на выходном конце лазера, при различных мощностях лазерной генерации; 1 - Раш=70 Вт, 2 - Рш=500 Вт, 3 - Рои/=1000 Вт. Величина пороговой мощности возникновения ВКР является одним из наиболее важных параметров мощных волоконных лазеров. На Рис. 3 представлена рассчитанная в параграфе 2.3 зависимость выходной мощности лазерной генерации ff® - пороговой для возникновения ВКР в волоконном лазере в зависимости от длины резонатора для световодов с различной площадью
ОСНОВНОЙ МОДЫ АсЦ .
looo
Рис. 3 Зависимость выходной мощности лазерной генерации РЦ'5 - пороговой для возникновения ВКР в волоконном лазере
от длины резонатора, для световодов с различной величиной Aeff! 1 Atfj=50 мкм2,
2 Arf=100 мкм2,
3 A€tf=200 мкм2,
4 Aeff=400 мкм2.
Длина резонатора, м
Глава 3 - Исследование генерационных параметров иттербиевых волоконных световодов на основе кварцевого стекла, легированного Р2О5 и А1203 посвящена определению генерационных параметров ионов иттербия в наиболее часто используемых в мощных волоконных лазерах типах световодов - алюмосиликатных (АС) и фосфоросиликатных (ФС) с концентрацией легирующих добавок в пределах: до 10 вес.% фосфора и до 8 вес.% иттербия (в ФС-световодах), до 2 вес.% алюминия и до 3 вес.% иттербия (в АС-световодах). По спектрам излучения и поглощения снятым при температуре жидкого азота определены положения энергетических подуровней ионов Yb в АС и ФС стекле. Несколькими различными методами определены сечения вынужденных переходов ионов иттербия в световодах на основе указанных типов стекол. На основе спектральных зависимостей сечений вынужденных переходов в параграфе 3.2 рассчитаны возможные диапазоны длин волн генерации лазеров на АС и ФС световодах с двойной оболочкой в зависимости от параметров резонаторов и активного световода. В параграфе 3.3 проводится сравнительный анализ данных типов световодов на достижение в них максимальных коэффициентов поглощения накачки из первой оболочки. В заключительной части главы рассматривается влияние температуры в сердцевине активного световода на коэффициент поглощения накачки.
Сечения поглощения определялись несколькими независимыми методами:
1. Метод поглощения слабого (много меньше мощности насыщения) сигнала.
2. Метод поглощения большого (порядка мощности насыщения) сигнала,
3. Метод насыщения люминесценции,
4. Расчет сечения поглощения из сечения излучения с использованием соотношений, полученных МакКамбером [McCumber D.E. Phys Review 136, А954-А957 (1964)].
Сечения излучения определялись из спектров люминесценции - Ilum(X) и времени жизни - т на основе известного соотношения:
Д5 1Ш{Х) = 0 г »->
*хспт]л l'-(X)dX
о
где п - показатель преломления стекла, с - скорость света в вакууме, А. -длина волны.
В исследованных световодах времена жизни оказались равными г = 1.45 мс в ФС матрице и г = 0.83 мс в АС матрице. Причем, разброс значений времени релаксации для разных световодов (АС и ФС) одного типа (около 4%) лежит в пределах погрешности эксперимента.
Различные методы определения сечений вынужденных переходов дали согласующиеся результаты за исключением метода поглощения большого сигнала, при использовании которого, расчетная величина сечений была систематически заниженной по сравнению с расчетами по другим методам. Кроме того, было установлено, что при измерении концентрации ионов иттербия в заготовках волоконных световодов методом рентгеноспектрального анализа корректное значение концентрации получается только при использовании линии иттербия Ьа.
Конечные значения сечений поглощения (излучения) в максимуме линии составили аа=1.4пм2 (ое=1.5пм2) - для ФС световодов, и оа=2.7пм2 (сте=3.0 ПМ2) - для АС световодов.
Продемонстрировано, что использование теории МакКамбера для расчета сечения поглощения по сечению вынужденного излучения в рассматриваемой системе дает удовлетворительные результаты.
На Рис. 4 представлены полученные спектры сечений вынужденных переходов для АС и ФС световодов.
Рис. 4 Сечения вынужденных переходов УЪ!* в АС и ФС волоконных световодах: 1 -сечение вынужденного излучения, 2 - сечение поглощения. На Рис. 5 представлены рассчитанные в параграфе 3.2 диапазоны длин волн генерации УЬ лазеров на основе АС и ФС световодов с двойной оболочкой в зависимости от величины поглощения (в максимуме линии) накачки из
860 900 950 1000 1050 1100 11(0 длина вопны, нм
900 960 1000 1000
длина волны, нм
первой оболочки для двух комбинаций резонансных и нерезонансных потерь. Резонансные потери - потери на длине волны, совпадающей с максимумом отражения БР, нерезонансные - потери для любых других длин волн.
Согласно представленным графикам, в лазерах на АС световодах можно добиться генерации в более длинноволновом диапазоне (до 1,16 мкм) по сравнению с ФС световодами (до 1,11 мкм), в то же время лазеры на ФС световодах при прочих равных условиях смогут обеспечить генерацию в более коротковолновом диапазоне
Рис. 5 Допустимые диапазоны длин волн генерации УЬ лазеров на основе АС (а) и ФС (б) световодов в зависимости от поглощения накачки (в максимуме) из первой оболочки для обычного (а'с1) и трехэлементного (а'" ) световодов, для двух комбинаций резонансных и нерезонансных потерь: 1,2- верхняя и нижняя границы диапазона для комбинации потерь уг=Ю дБ, у„,=49 дБ; 3,4- верхняя и нижняя границы диапазона для комбинации потерь у,=14 дБ, /пг—29 дБ; 5 - экспериментальная точка.
Глава 4 - Световоды с многоэлементной первой оболочкой посвящена исследованию особенностей и характеристик световодов с многоэлементной первой оболочкой (МПО-спетоводов или ОТ\Уауе-световодов). В данной главе предлагается упрощенная модель для описания процесса передачи энергии между элементами таких световодов и приводится сравнение результатов модельных расчетов и экспериментальных данных.
Pili. 6 Схема поперечного сечения трех) ieрентного MIIO-свепювода. Цифрами обозначены: I - сигна ¡ьный световод flu сердцевина, 16 - первая обоючка), 2 пассивные световоды. За общая оболочка с нипмм пока-
ютелем пре юмленин. 36 - шщитная оболочка.
В параграфе 4.1 дается описание МПО-световода Схема поперечного сечения трехэлементного световода представлена на Рис. 6. Один из световодов (сигнальный или активный) имеет сердцевину, легированную ионами редкоземельных элементов, остальные, изготовлены из кварцевого стекла (пассивные световоды) и оптически связаны по всей длине с сигнальным. Пассивные элементы служат для ввода излучения накачки в активный световод. Все отдельные многомодовые световоды (элементы) оптически связаны между собой и представляют собой первую оболочку для сердцевины сигнального световода. Поскольку различные элементы первой оболочки не имеют механической связи кроме как общей полимерной оболочкой, то при необходимости их можно отделить друг от друга и независимо соединить пассивные световоды с источниками излучения накачки, а активные с одномодовыми световодами для ввода и вывода излучения.
В параграфе 4.2 проводится расчет эффективности передачи излучения между пассивным и активным элементами МПО-световода. Для расчета использовалось лучевое описание, причем для простоты в расчетах использовались только меридиональные лучи (пересекающие сердцевину). Коэффициенты передачи мощности лучей между элементами МПО-световода зависят от угла распространения этих лучей. Для расчета коэффициентов прохождения лучей в каждой точке по азимуту - А (см. Рис. 7) использовалась теория нарушения полного внутреннего отражения для плоскопараллельной границы раздела, что вполне оправдано для малых углов у.
Рис. 7 Схема передачи излучения в двухэлементном МПО-световоде для меридиональных лучей. 1 - пассивный световод, II - активный световод.
Чтобы найти полный коэффициент связи для всех меридиональных лучей, распространяющихся под определенным углом к оси световода, проводилось интегрирование по всей границе раздела (-10°<у<10°), в которой наблюдается существенная связь между элементами. Для расчета полной эффективности передачи мощности между пассивным и активным элементами МПО-световода для всех меридиональных лучей проводилось интегрирование по всем углам, соответствующим направляемым меридиональным лучам, а так же учет обеих поляризаций. При этом использовалось экспериментально полученное распределение мощности излучения по углам в дальнем поле.
На Рис. 8 представлены рассчитанные зависимости коэффициента связи к от угла распространения ф для МПО-световодов с различными параметрами <1 (зазор между элементами) и Я (радиус элементов).
к («Г1) 100
10
1
0 2 4 6 8 10 12 14 ,0
Ф
Рис. 8 Зависимость коэффициента связи к от угла фдля МПО-световодов с различными параметрами </ и Я: <1=0 (кривые А) и <1=0.3 мкм (кривые В). 1 - И=40 мкм, 2 -¡(=62.5 мкм,
3 - 00 мкм.
В параграфе 4.3 приведены результаты экспериментального исследования эффективности передачи излучения между элементами МПО-световода. На Рис. 9 показаны зависимости отношения интегральной по всем углам мощности в активном световоде к полной, введенной в световод мощности излучения от длины МПО-световода. Расчет проводился для пяти различных значений параметра д. Существенное отличие в поведении перекачки наблюдается только на длине световода 33 мм. Согласно данным, представленным на Рис. 9, на отрезке световода длиной 33 мм некое эффективное расстояние между элементами первой оболочки составляет (1=1.5 мкм, а для остальных точек, наилучшее согла-
13
сие достигается для <1 = 0.3 мкм. Как видно из Рис. 9, при больших расстояниях Л - порядка микрона и более длина связи может превысить 10 м, и такие световоды будет сложно использовать для создания волоконных лазеров и усилителей из-за существенного уменьшения поглощения накачки из первой оболочки.
Длина связи в тестовом образце МПО-световода составляла величину порядка Ьс~30 см, такие же значения длины связи были получены в большинстве исследованных образцов двухэлементных МПО-световодов.
Рис. 9 Расчетные зависимости отношения интегральной по всем углам мощности в активном световоде к полной мощности излучения от длины МПО-световода для различных значений расстояния между элементами - Л (линии), и экспериментальная зависимость (пустые квадраты).
Необходимо отметить, что величина параметра с!=0.3 мкм, полученная в результате сопоставления экспериментальных данных и расчетов, может служить лишь в качестве оценки и указывает на то, что расстояние между элементами в МПО-световоде присутствует и может меняться по длине световода. Такой подход позволяет качественно моделировать процесс перекачки между элементами в МПО-световодах и оценивать, как будет меняться скорость перекачки при изменении различных параметров. Экспериментальные измерения величины ё в наших МПО-световодах не были проведены прямым методом из-за малости этого параметра и трудностей измерения через двойную полимерную оболочку.
В модели, представленной в диссертации, был сделан ряд существенных допущений, позволяющих упростить расчет передачи мощности между элемен-
тами в МПО-световоде. Тем не менее, наблюдаемое согласие между экспериментальными данными и результатами расчетов свидетельствует в пользу того, что сделанные допущения являются разумными, а предложенная модель может быть использована для качественного описания процесса передачи излучения между элементами в МПО-световоде.
Глава 5 - Непрерывные одномодовые итггербиевые волоконные лазеры на световодах с многоэлементной первой оболочкой посвящена исследованию характеристик непрерывных одномодовых итгербиевых лазеров на алюмосиликатных и фосфоросиликатных световодах с многоэлементной первой оболочкой. Исследуются зависимости выходной мощности лазерной генерации от мощности излучения накачки, потери мощности излучения генерации за счет уширения спектра в зависимости от диаметра поля моды и характеристик резонаторов. Приводятся данные по смещению спектрального положения высокоотражакяцих БР под действием мощного лазерного излучения вследствие их нагрева. Рассматривается схема, позволяющая увеличить введенную в лазер на трехэлементном МПО-световоде мощность излучения накачки.
В параграфе 5.1 рассмотрены некоторые проблемы, связанные с использованием различных типов лазерных диодных источников для накачки волоконных лазеров, в частности, проблемы, возникающие при использовании не-стабилизированных по температуре источников.
Параграф 5.2 посвящен исследованию характеристик итгербиевых лазеров на двухэлементных АС и ФС световодах. Схема исследуемых лазеров представлена на Рис. 10.
Рис. 10 Схема иттербиевого волоконного лазера на двухэлементном МПО-световоде.
пассивный световод
перпендикулярный скол световода 035)
косой скол световода
Проводились измерения мощности и спектра излучения генерации и излучения за глухой БР. Выходная мощность лазерной генерации в такой схеме достигла значения 15 Вт, а КПД генерации составил 59%.
Рис. И Зависимости мощности излучения лазерной генерации - Рм (соответствующие обозначения с цифрой I, левая шкала) и мощности излучения, проходящей сквозь глухую БР-РНК (обозначения с цифрой 2, правая шкала) от мощности излучения накачки - Р/„ для различных лазеров на трехэлементном МПО-световоде. А -лазер с МР1)=6.8 мкм, без БР на выходном конце; В - лазер с МР1У=8,0 мкм, без БР на выходном конце; С - лазер с МРП=8. О мкм, с 5% БР на выходном конце; О - лазер с МР1У=Я. О мкм, с высокоотражаю-щей БР шириной АХ ~3нм, и с 5%БР на выходном конце.
В параграфе 5.3 приводятся результаты исследования уширения спектра лазерной генерации и мощности излучения выходящей за глухую решетку в зависимости от диаметра поля основной моды активного световода и в зависимости от спектральной ширины отражения БР.
На Рис. 11 представлены результаты измерений мощности лазерной генерации и мощности излучения, проходящей сквозь глухую БР, от мощности накачки для лазеров на трехэлементном МПО-световоде.
В случае лазера на световоде с МР1)=6.8 мкм резонатор был образован высокотражающей волоконной БР со спектральной шириной около АХ~ 1 нм с одной стороны и перпендикулярным сколом волоконного световода (коэффициент отражения -3.5%) с другой (обозначение А). В случае световода с МРБ~8.0 мкм были исследованы лазеры с тремя различными резонаторами: 1)
резонатор образован 100% БР с шириной спектра отражения ДЯ.-1 нм и перпендикулярным сколом (обозначение В), 2) резонатор образован 100% БР с шириной спектра отражения ДХ—1 нм и 5% БР (обозначение С), 3) резонатор образован широкополосной 100% БР с шириной спектра отражения ДА.-3 нм и 5% БР (обозначение Б).
Как видно из Рис. 11, увеличение диаметра поля моды ведет к снижению мощности излучения, проходящей сквозь высокоотражающую БР. Так же к снижению теряемой мощности ведет использование БР на выходном конце резонатора или использование высокоотражающей БР с более широким спектром отражения. Максимальная мощность лазерной генерации достигла 60 Вт, а КПД от введенной мощности накачки около 65%.
В параграфе 5.4 продемонстрирована одна из возможностей масштабирования выходной мощности лазеров на МПО-световодах. Схема лазера представлена на Рис. 12.
Пунктиром выделена схема 50 Вт лазера. Цифрами обозначены: 7 - активный световод, 2 - пассивные световоды, 3 - полимерная оболочка с низким показателем преломления, 4 - излучение накачки, 5 - сварки сигнального световода со световодами (обозначены цифрой 6), на которых записаны БР, 7 - высокоотражающая БР, 8 - БР на выходном конце лазера с коэффициентом отражения ~5%, 9 - излучение на выходе лазера, 10- излучение лазера, проходящее сквозь высокоотражающую БР.
На Рис. 13 представлены зависимости выходной мощности лазерной генерации и мощности за глухой решеткой от введенной мощности излучения накачки. Мощность лазерной генерации достигала 100 Вт, при этом, несмотря
па значительные потери мощности на вытекание вследствие уширения спектра ~8 Вт, КПД лазера составил 64% от введенной мощности.
юо п
8
п''—г 1 "" I •—I ' I ' I ■ I—--1—
О 20 40 60 80 100 120 140 входная мощность накачки, Вт
-Но 160
Рис. 13 Зависимости мощности излучения лазерной генерации и мощности за глухой ре-
Представленная выше схема демонстрирует, что мощность излучения накачки, вводимая в лазер на МПО-световоде, может быть легко увеличена до требуемого уровня, что позволяет значительно проще повышать выходную мощность таких лазеров по сравнению с лазерами на обычных световодах с двойной оболочкой. Кроме того, полученные данные демонстрируют, что для дальнейшего увеличения выходной мощности лазеров на МПО-световодах необходимо еще больше увеличивать диаметр поля основной моды, чтобы минимизировать потери за счет уширения спектра.
В Заключении диссертации сформулированы ее основные результаты: 1) Определено положение подуровней в мультиплетах лазерных энергетических уровней ионов УЬ3+ в АС и АС световодах. Несколькими различными методами определены сечения вынужденных переходов 2Р5/2 -->• 2Р1/2 ионов УЬ3+ как функции длины волны, причем методы поглощения слабого сигнала, насыщения люминесценции и метод определения сечения вынужденного излучения по спектру люминесценции и времени жизни дали согласующиеся между собой значения сечений. Измеренные значения сечений поглощения в максимуме составили ста= 1.4 пм2 - для ФС световодов, и ста=2.7 пм2 - для АС световодов.
На основе измеренных сечений вынужденных переходов рассчитаны возможные диапазоны длин волн генерации УЬ волоконных лазеров, основан-
шеткой от введенной мощности накачки.
ных на ФС и АС световодах с двойной оболочкой, в зависимости от величины поглощения излучения накачки (в максимуме линии) из первой оболочки для различных комбинаций резонансных и нерезонансных потерь.
2) Измерения скорости перераспределения мощности излучения между пассивным и активным элементами в МПО-световодах позволили сделать следующие выводы:
Выравнивание мощности между активным и пассивным элементами идет существенно не по экспоненциальному закону и зависит от апертуры распространяющегося излучения. Мощность излучения, распросграняющегося по МПО-световоду под меньшими углами, выравнивается между элеменгами структуры медленнее, чем мощность излучения, идущего под большими углами. Таким образом, для более эффективной передачи излучения между элементами первой оболочки требуется максимальное заполнение апертуры МПО-световода.
В большинстве исследованных двухэлементных МПО-световодов длина, на которой мощности в световодах выравниваются, в пределах ошибки измерений (~5%) составляет около 30 см, что справедливо для случая возбуждения всей числовой апертуры световода НА=0.4.
Для описания процесса передачи излучения между элементами МПО-световода предложена модель, позволяющая приближенно рассчитывать скорость перекачки в зависимости от различных параметров. Результаты расчетов по данной модели качественно находятся в согласии с экспериментальными данными. На некоторых отрезках МПО-световодов небольшой длины (до 10 см) наблюдается существенное различие между экспериментальными данными и результатами расчетов, что, возможно, объясняется неоднородностью расстояния между элементами в МПО-световоде. При этом в большинстве образцов такие вариации носят локальный характер и практически не влияют на общую передачу мощности между элементами первой оболочки на отрезках большой длины (порядка 1 м и больше).
3) Создано семейство мощных непрерывных одномодовых иттербиевых волоконных лазеров на АС и ФС световодах с многоэлементной первой оболочкой с выходной мощностью до 100 Вт. Продемонстрирована возможность масштабирования вводимой в гакие лазеры мощности накачки, что позволяет значительно проще повышать выходную мощность таких лазеров по сравнению с лазерами на обычных световодах с двойной оболочкой.
Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:
1. Мелькумов М.А., Буфетов И.А., Кравцов К.С., Шубин А.В., Дианов Е.М. "Генерационные параметры иттербиевых волоконных световодов, легированных Р205 и А1203", Квантовая электроника, 34, №9, с.843-848 (2004).
2. Melkoumov М.А., Bufetov I.A., Bubnov М.М., Kravtsov K.S., Semjonov S.L., Shubin A.V., Dianov E.M.,"Ytterbium Lasers Based on P205- and Al203-doped Fibers", Pro с Of the Conf. ECOC2004, vol.4, Thl.3.2, p. 792-793, (2004).
3. Bufetov I.A., Melkoumov M.A., Bubnov M.M., Kravtsov K.S., Semjonov S.L., Shubin A.V., Dianov E.M. "Comparison of cw Yb lasers based on P205- and A1203- doped fibers", 13th International Laser Physics Workshop (LPHYS'04) Book of Abstracts, p.214 (2004).
4. Мелькумов M.A., Буфетов И А., Кравцов K.C., Шубин А.В., Дианов Е.М. "Сечения поглощения и вынужденного излучения ионов Yb3+ в силикатных световодах, легированных Р205 и А1203.", Препринт Научного Центра Волоконной Оптики при Институте общей физики им. А.М.Прохорова РАН, № 5,57 с. (2004).
5. Буфетов И.А, Бубнов М.М., Мелькумов М.А., Дудин В.В., Шубин А.В., Семенов C.JI., Кравцов К.С., Гурьянов А.Н., Яшков М.В., Дианов Е.М. "Волоконные Yb-, Er—Yb- и Nd-лазеры на световодах с многоэлементной первой оболочкой", Квантовая Электроника, 35, №4,328-335 (2005).
6. Мелькумов М.А., Буфетов И.А., Бубнов М.М., Шубин А.В., Семенов C.JL, Дианов Е.М. "Распределение излучения накачки в лазерных волоконных световодах с многоэлементной первой оболочкой", Квантовая электроника, 35, №11,с.996-1002 (2005).
»1 80 5 7 12,057
Подписано в печать 2 0[Ц. 2006 г.
Формат 60x84/16. Заказ № Э . Тираж /СФ экз. П.л.
Отпечатано в РИИС ФИАН с оригинала-макета заказчика. 119991 Москва, Ленинский проспект, 53. Тел. 132 51 28
Благодарности.
Список основных обозначений.
Общая характеристика работы.
ГЛАВА 1. ОБЗОР РАЗВИТИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ ОДНОМОДОВЫХ ЛАЗЕРОВ НА СВЕТОВОДАХ С ДВОЙНОЙ ОБОЛОЧКОЙ.
1.1. Введение.
1.2. Сравнение волоконных лазеров с другими типами мощных непрерывных лазеров (СОг и М:УАС). Применение мощных непрерывных волоконных лазеров
1.3. Основные элементы конструкции волоконных лазеров.
1.4. Световоды с двойной оболочкой.
1.5. Обзор способов ввода излучения накачки в первую оболочку лазерного световода.
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНЫХ ОДНОМОДОВЫХ ИТТЕРБИЕВЫХ ВОЛОКОННЫХ ЛАЗЕРОВ С ДВОЙНОЙ ОБОЛОЧКОЙ.
2.1. Расчет выходной мощности и эффективности иттербиевых волоконных лазеров с двойной оболочкой.
2.2. Температура активного световода в мощных волоконных лазерах.
2.3. Нелинейные эффекты в мощных непрерывных одномодовых волоконных лазерах.
2.3.1. Порог ВКР в иттербиевом волоконном лазере.
2.3.2. Порог ВРМБ в иттербиевом волоконном лазере.
2.3.3. Влияние четырехволнового смешения на излучение мощного иттербиевого волоконного лазера.
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ИТТЕРБИЕВЫХ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ, ЛЕГИРОВАННЫХ Р205 И А1203.
3.1. Сечения вынужденных переходов ионов иттербия в световодах на основе Р2О5 и АЬ03.
3.1.1. Введение.
3.1.2. Схема уровней иона УЬ3+.
3.1.3. Методы измерений.
3.1.4. Экспериментальные результаты.
3.1.5. Анализ и обсуждение результатов.
Настоящая работа посвящена созданию и экспериментальному исследованию мощных (100 Вт) непрерывных одномодовых полностью волоконных иттербиевых лазеров на фосфоросиликатных и алюмосиликатных световодах с многоэлементной первой оболочкой, исследованию генерационных параметров световодов для таких лазеров, и исследованию эффективности передачи излучения между элементами в структуре световодов с многоэлементной первой оболочкой.
Актуальность темы
Развитие мощных непрерывных волоконных лазеров за последние несколько лет приблизило мощности таких лазеров к мощности СОг-лазеров и Ыс1:УАС лазеров. При этом, как правило, волоконные лазеры существенно превосходят газовые и твердотельные лазеры по таким характеристикам, как качество и стабильность излучения, долговечность, мобильность, эффективность и по некоторым другим параметрам.
Наиболее интересными при создании мощных волоконных лазеров являются волоконные световоды на основе плавленого кварца, легированные ионами УЬ3+. Это обусловлено, в первую очередь, высокими лазерными характеристиками таких световодов, их высокой эффективностью и относительной простотой создания мощных лазеров на их основе.
Работы, опубликованные за последнее время, в данном направлении, в большей степени посвящены повышению выходной мощности одномодовых и маломодовых лазеров на световодах с двойной оболочкой. При этом анализутенерационных параметров различных типов волоконных световодов практически не уделяется внимания. Кроме того, до настоящей работы, в литературе отсутствовал анализ эффективности световодов с многоэлементной первой оболочкой (МПО-световоды), которые являются перспективными для создания мощных полностью волоконных одномодовых лазеров.
Таким образом, актуальность настоящей работы определяется необходимостью, дальнейшего повышения мощности иттербиевых волоконных лазеров, детального исследования генерационных параметров наиболее востребованных в мощных волоконных лазерах типов световодов, а именно фосфоросиликатных и алюмосиликатных световодов, легированных ионами УЬ3+. Кроме того, в работе проводится экспериментальное исследование свойств нового типа световодов - световодов с многоэлемептпой первой оболочкой, которые являются перспективными для создания мощных полностью волоконных лазеров и усилителей.
Основные цели диссертационной работы
Исследование и сравнительный анализ генерационных параметров ФС и АС волоконных световодов, легированных ионами УЬ3+, пригодных для создания мощных волоконных лазеров и усилителей; исследование и анализ эффективности передачи излучения между пассивным и активным элементами в МПО-световодах;
У создание и исследование свойств мощных непрерывных одномодовых иттербиевых лазеров на основе МПО-световодов.
Научная новизна диссертационной работы
Измерены сечения вынужденных переходов ионов УЬ3+ в алюмосиликатных и фосфоросиликатных световодах, по этим данным рассчитаны возможные диапазоны . длины волн генерации лазеров на таких световодах с двойной оболочкой;
Экспериментально исследована эффективность передачи мощности между пассивным и активным элементами в МПО-световодах и предложена приближенная модель для расчета эффективности такой передачи в зависимости от параметров МПО-световода, качественно согласующаяся с экспериментальными данными;
Создан ряд полностью волоконных непрерывных одномодовых иттербиевых лазеров на фосфоросиликатных световодах с многоэлементной первой оболочкой с выходной мощностью до 100 Вт.
Практическая значимость диссертационной работы
Полученные спектральные зависимости сечений лазерных переходов УЬ3+ в фосфоросиликатном и алюмосиликатном световодах имеют большое значение при проектировании лазеров, усилителей и люминесцентных источников излучений на данных типах световодов. Рассчитанные диапазоны длин волн генерации позволяют подбирать более удобный тип световода в каждом конкретном случае в зависимости от требуемой длины волны генерации или полосы усиления.
Измеренные и полученные аналитически характеристики световодов с многоэлементной первой оболочкой позволяют эффективно проектировать более мощные полностью волоконные лазеры и усилители на таких типах световодов.
Созданные полностью волоконные непрерывные одномодовые иттербиевые лазеры мощностью до 100 Вт на МПО-световодах могут найти большое число применений в обработке материалов, медицине, метрологии, научных приложениях. Кроме того, реализованные па световодах такого типа схемы лазеров демонстрируют потенциальные возможности по масштабированию уровня выходной мощности.
Результаты работы, выносимые на защиту:
Экспериментально полученные спектральные зависимости сечений вынужденных переходов ионов Yb3+ в АС и ФС световодах. Рассчитанные диапазоны длин волн генерации лазеров на таких световодах с двойной оболочкой;
Экспериментально измеренные угловые и интегральные (по углу) зависимости скорости перераспределения мощности излучения накачки между пассивным и активным элементами в МПО-световодах от длины исследуемого образца. Приближенная модель для расчета эффективности такой передачи в зависимости от параметров МПО-световода и параметров излучения;
Создан ряд одномодовых непрерывных иттербиевых лазеров на ФС световодах с двухэлементной и трехэлементной первой оболочкой с выходной мощностью до 100 Вт.
Апробация работы
Результаты исследований, изложенные в диссертационной работе, опубликованы в трех статьях, препринте, и доложены на двух международных конференциях: 13th International Laser Physics Workshop LPHYS'2004 (г. Триест, Италия, 2004 г.), European Conference on Optical Communication ECOC-2004 (г. Стокгольм, Швеция, 2004 г.), а так же па семинарах НЦВО. Работа "Генерационные параметры иттербиевых волоконных световодов, легированных Р2О5 и AI2O3", являющаяся частью настоящей диссертации, получила первое место на конкурсе научных работ молодых ученых НЦВО.
Структура диссертационной работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 70 рисунков и 10 таблиц. Список литературы содержит 77 наименований.
Заключение
В диссертационной работе представлены исследования генерационных свойств иттербиевых световодов на основе алюмосиликатного и фосфоросиликатного стекла, в частности измерения сечений вынужденных переходов и расчеты возможных диапазонов длин волн лазерной генерации лазеров на световодах с двойной оболочкой, выполнены экспериментальные исследования эффективности передачи излучения между элементами в структуре световодов с многоэлементной первой оболочкой и предложена упрощенная модель для оценки эффективности такой передачи в зависимости от параметров световодов, представлены исследования мощных (до 100 Вт) непрерывных одномодовых полностью волоконных иттербиевых лазеров на фосфоросиликатных и алюмосиликатных световодах с двухэлементной и трехэлементной первой оболочкой.
Получены следующие основные результаты (в развернутом виде):
1) Определено положение подуровней в мультиплетах лазерных энергетических уровней УЬ3+ в указанных матрицах. Несколькими различными методами определены сечения вынужденных переходов -»2^7/2 ионов УЬ3+ как функции длины волны, причем методы поглощения слабого сигнала, насыщения люминесценции и метод определения сечения вынужденного излучения по спектру люминесценции и времени жизни дали согласующиеся между собой значения сечений. Измеренные значения сечений поглощения в максимуме линии составили ста=1.4пм2 - для ФС световодов, и ста=2.7 пм2- для АС световодов.
Полученные данные могут быть использованы для численного моделирования волоконных лазеров и усилителей. В частности, значительное снижение сечения вынужденного излучения ионов УЬ3+ в фосфоросиликатной матрице в спектральной области А. >1080 нм., ограничивает возможности использования лазеров на световодах такого типа в этой области по сравнению с лазерами на алюмосиликатных световодах.
На основе измеренных сечений вынужденных переходов рассчитаны возможные диапазоны длин волн генерации УЬ волоконных лазеров, основанных на ФС и АС световодах с двойной оболочкой, в зависимости от величины полного поглощения излучения накачки из первой оболочки для различных комбинаций резонансных и перезонансных потерь.
2) На основе измерений эффективности передачи излучения между элементами в двухэлементном МПО-световоде были сделаны следующие выводы:
Выравнивание мощности в световодах I и II идет существенно не по
130 экспоненциальному закону и зависит от апертуры распространяющегося излучения. Мощность излучения, распространяющегося по МПО-световоду под меньшими углами, выравнивается между элементами структуры медленнее, чем мощность излучения, идущего под большими углами. Таким образом, для более эффективной передачи излучения между световодами I и II требуется максимальное заполнение апертуры МПО-световода.
В большинстве исследованных двухэлементных МПО-световодов длина, на которой мощности в световодах выравниваются, в пределах ошибки измерений (~5%) составляет около 30 см, что справедливо для случая возбуждения всей числовой апертуры световода -0.4.
Для описания процесса передачи излучения между элементами МПО-световода предложена модель, позволяющая приближенно рассчитывать скорость перекачки в зависимости от различных параметров. Результаты расчетов по данной модели качественно находятся в согласии с экспериментальными данными. На некоторых отрезках МПО-световодов небольшой длины (до 10 см) наблюдается существенное различие между экспериментальными данными и результатами расчетов, что, возможно, объясняется неоднородностью расстояния между элементами в МПО-световоде. При этом в большинстве образцов такие вариации носят локальный характер и практически не влияют на передачу мощности между световодами I и II на отрезках большой длины (порядка 1 м и больше).
3) На собственной элементной базе создано семейство мощных непрерывных одномодовых иттербиевых волоконных лазеров на алюмосиликатных и фосфоросиликатпых световодах с многоэлементной первой оболочкой с выходной мощностью до 100 Вт. Продемонстрирована возможность масштабирования вводимой в такие лазеры мощности накачки, что позволяет значительно проще повышать выходную мощность таких лазеров по сравнению с лазерами на обычных световодах с двойной оболочкой. Полученные данные демонстрируют, что для дальнейшего увеличения выходной мощности лазеров на МПО-световодах необходимо еще больше увеличивать диаметр поля основной моды, чтобы минимизировать потери за счет уширения спектра.
Защищаемые положения:
Экспериментально полученные спектральные зависимости сечений вынужденных переходов ионов УЬ3+ в АС и ФС световодах. Рассчитанные диапазоны длин волн генерации лазеров на таких световодах с двойной оболочкой;
Экспериментально измеренные угловые и интегральные (по углу) зависимости скорости перераспределения мощности излучения накачки между пассивным и активным элементами в МПО-световодах от длины исследуемого образца. Приближенная модель для расчета эффективности такой передачи в зависимости от параметров МПО-световода и параметров излучения;
Создан ряд одномодовых непрерывных иттербиевых лазеров на ФС световодах с двухэлементной и трехэлементной первой оболочкой с выходной мощностью до 100 Вт.
1.H., "Optical and microwave optical experiments in Ruby", Phys. Rev. Lett., 4, №11,564.566(1960).
2. Koester C.J. and Snitzer E, Appl.Opt., 3, 1182, (1963).
3. Burrus C.A., Stone J., "Nd3+ -doped Si02 lasers in an end-pumped fiber geometry", Applied
4. Physics Letters, 23, №7, 388-389 (1973).
5. Mears R.J., Reekie L., Juancey I.M., Payne D.N., "Low-noise Erbium-doped fiber amplifieroperating at 1.54 pm", Electronics Lett., 23, No 19, 1026-1028 (1987).
6. Hill K.O., Fujii Y., Johnson D.C., B.S.Kawasaki, "Photosensitivity in optical waveguides:
7. Application to reflection filter fabrication", Appl. Phys. Lett., 32(10), 647 (1978).
8. Etzel H.W., Gandy H.W., and Ginther "Stimulated emission of infrared radiation fromytterbium activated silicate glass", Applied Optics, 1, No 4, pp. 534-536 (1962).
9. Gapontsev V.P., Samartsev I.E., Zayats A.A., Loryan R.R. "Laser-diode pumped Yb-dopedsingle mode tunable fibre lasers", Conf. Adv. Solid State Lasers, Hilton Head, NC, Paper WC1-1, p.214 (1991).
10. Pask H.M., Archambault J.L., Hanna D.C., Reekie L., Russell P.StJ., Townsend J.E., Tropper
11. A.C. "Operation of cladding-pumped Yb3+-doped silica fibre lasers in 1 pm region", Electron. Lett., 30, pp. 863-864 (1994).
12. Innis D., DiGiovanni D.J., Stasser T.A., Hale A., Headley C., Stentz A.J., Pedrazzani R.,
13. Muendel M., Engstrom B., Kea D., Laliberte B., Minns R., Robertson R., Rockney B., Zang Y., Collins R., Gavrilovic P., Rowley A. "35-Watt CW singlemode Ytterbium fiber laser at 1.1 pm", in Proc. CLE097, Post-deadline papers, CPD30 (1997).
14. Dominic V., MacCormack S., Waarts R., Sanders S., Bicknese S., Dohle R., Wolak E., Yeh P.S., Zucker E. "110W fibre laser". Electron. Lett., 35, p.l 158-1160 (1999).
15. Ueda Ken-ichi, Sekiguchi H„ Kan H., "lkW CW output from Fiber-Embedded Disk Lasers". in Proc. CLEO '2002, Postdeadline Papers, CPDC4 (2002).
16. Jeong, Y., Sahu, J.K., Payne, D.N., and Nilsson, J.: 'Ytterbium-doped large-core fibre laser with 1 kW of continuous-wave output power', Electron. Lett., 40, pp. 470-471 (2004).
17. Y.Jeong, J.K.Sahu, D.N.Payne, J.Nilsson, "Ytterbium-doped large-core fibre laser with 610 W of near diffraction-limited output power", Electron. Lett., 40, 24, pp. 1527-1528 (2004).
18. Звелто О., Принципы лазеров, М., Мир, (1990).
19. Burrus С.А., Stone J., "Nd3+ -doped SiC>2 lasers in an end-pumped fiber geometiy", Applied Physics Letters, 23, №7, 388-389 (1973).
20. Snitzer E., Po H., Hakimi F., Tumminelli R., McCollum B.C. "Double-clad, offset core Nd fiber laser", Proc. Conf. Optical Fiber Sensors, Post deadline paper PD5 (1988).
21. Muendel M., "Optimal inner cladding shapes for double-clad fibre lasers", in Proc. Conference on Lasers and Electro-optics, USA, paper CTuU2 (1996).
22. Liu A., Ueda K., "The absorption characteristics of circular, offset, and rectangular double-clad fibers" Optics Communications, 132, pp 511-518 (1996).24 http://www.iap.uni-iena.de/laser/index.html.
23. Ripin D.J., Goldberg L., Electron. Lett., 31, 2204 (1995).
24. Li C., Song J., Kim N.S. and Ueda Ken-ichi. Diode-pumped high-power fiber lasers and applications. SPIE, 3862, 246 (1999).
25. Hakimi, F., and Hakimi, H., CLEO'2001, Baltimore, MD, USA, CTUD2 (2001).
26. Grudinin A.B., Turner P.W., Ibsen M., Durkin M.K., Nilsson L.J.A., Payne D.N., Zervas, "AN OPTICAL FIBRE ARRANGEMENT'. Patent # WO 00/67350.
27. Grudinin А. В., Turner P.W., Codemard C., et. al. ECOC'2002 Copenhagen, Denmark, PD 1.6 (2002).
28. Мелькумов M.A., Буфетов И.А., Бубнов M.M., Шубин А.В., Семенов СЛ., Дианов Е.М., "Распределение излучения накачки в лазерных волоконных световодах с многоэлементной первой оболочкой" Квантовая электроника, 35, №11, с.996-1002 (2005).
29. Kelson Ido and Hardy Amos A., "Strongly Pumped Fiber Lasers", IEEE J. of Quantum Electr., Vol. 34, № 9, pp. 1570-1577 (1998).
30. Wang Yong, Xu Chang-Qing, Po Hong, "Analysis of Raman and thermal effects in kilowatt fiber lasers", Optics Communications 242, 487-502 (2004) .
31. Zenteno Luis, "High-Power Double-clad Fiber lasers", Journal of Lightwave Technology, 11, 9, 1435-1446 (1993)
32. Brown David C. and Hoffman Hanna J., "Thermal, Stress, and Thermo-Optic Effects in High Average Power Double-Clad Silica Fiber Lasers", IEEE Journal of Quantum Electronics, 37, 2, 207-217(2001)/
33. Platonov N.S., Gapontsev D.V., Gapontsev V.P., Shumilin V. "135 W CW Fiber Laser with Perfect Single ode Output", CLEO'2002, Postdeadlinepapers, CA, CPDC3 (2002).
34. Agraval G. P., "Nonlinear Fiber Optics", ed by P. F. Liao, P.L. Kelley, Academic press, London, (1989).
35. Liem A., Limpert J., Zellmer H., and Tiinnermann A., "100-W single-frequency master-oscillator fiber power amplifier", Optics Letters, 28, No. 17, 1537-1539(2003).
36. WeBels P., Adel P., Auerbach M., Wandt D., Fallnich C., "Novel suppression scheme for Brillouin scattering", Optics Express, 12, No. 19, 4443-4448 (2004).
37. Jeong Y., Nilsson J., Sahu J. K., et al, "Single-frequency, single-mode, plane-polarized ytterbium-doped fiber master oscillator power amplifier source with 264 W of output power", Optics Letters, 30, No. 5, 459-461 (2005).
38. Karpov, V.I., Dianov, E.M., Kurkov, A.S., et al., OFC'99, San Diego, USA, WM3-1 (1999).
39. Bufetov I.A., Melkoumov M.A., Bubnov M.M., Kravtsov K.S., Semjonov S.L., Shubin A.V., Dianov E.M. "Comparison of c\v Yb lasers based on P2Os- and AI2O3- doped fibers" 13th International Laser Physics Workshop (LPHYS'04) Book of Abstracts, p.214 (2004).
40. Pask H.M., Carman R.J., Hanna D.C., Tropper A.C., Mackechnie C.J., Barber P.R., Dawes J.M., "Ytterbium-doped silica fiber laser: versatile sources for the 1-1.2 jim region" IEEE J. of Selected topics in Quantum Electronics, 1, 1,2-13 (1995).
41. Paschotta R., Nilsson J., Tropper A.C., Hanna D.C. "Ytterbium-Doped Fiber Amplifiers" IEEE J. of Quantum Electronics, 33, 7, 1049-1056 (1997).
42. Platonov N.S., Gapontsev D.V., Shumilin V. "135W CW Fiber Laser With Perfect Single Mode Output". CLEO'2002 Postdeadlinepapers, CPDC3 (2002).
43. Gapontsev V., Krupke W. "Fiber lasers grow in power" Laser Focus World 38, 8,83-87 (2002).
44. Nilsson J., Sahu J.K., Jeong Y., Clarkson A., Selvas R„ Grudinin A.B., Alam Shaif-Ul "High power fiber lasers: new developments" Advances in fiber devices, Proc. of SPIE 4974, 50-59 (2003).
45. Mao Y., Deng P., Gan F., Yang H., Shen W. "Spectroscopic properties of Yb in phosphate glass" Material Letters, 57, 439-443 (2002).
46. Dai S., Sugiyama A. Hu L., Liu Z., Huang G., Jiang Z. "The spectrum and laser properties of Yb-doped phosphate glass at low temperature" J.of Non-Cryst. Solids, 311, 138-144 (2002).
47. Takebe H., Murata Т., Morinaga K. "Compositional Dependence of Absorbtion and Fluorescence of Yb3+ in Oxide Glasses" J. Am. Ceram. Soc. 79, 3, 681-687 (1996).
48. Ландау JI.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика, 3 изд., М., (1974).
49. Desurvire Е. Erbium-doped fiber amplifiers. Principles and Applications, New York, John Wiley & Sons, inc., (1994).
50. McCumber D.E. "Einstein Relations Connecting Broadband Emission and Absorption Spectra" Phys.Review 136, A954-A957 (1964)
51. Barnes W.L., Laming R.I., Tarbox E.J., Morkel P.R., "Absorption and Emission Cross Section of Er3* Doped Silica Fibers" IEEE J. of Quantum Electronics, 21, 4, 1004-1010 (1991).
52. Miniscalco W.J., Quimby R.S. "General procedure for the analysis of Er3+ cross sections" Optic Letters, 16, 4, 258-260 (1991).
53. Geckeier S. "Practical Computation of Single-Mode Optical Fiber Properties" Siemens Forsch. . и. Entwickl.-Ber.Bd. 14, 3, 89-96 (1985)/
54. Zou X., Toratani H. "Evaluation of spectroscopic properties of Yb3+-doped glasses" Phys. Review B, 52, 22, 15889-15897(1995).
55. Zhang L., Hu H., Qi C., Lin F. "Spectroscopic properties and energy transfer in Yb^/Er3* -doped phosphate glasses" Elsevier, Optical Materials, 17, 371-377 (2001).
56. Quimby R.S. "Range of validity of McCumber theory in relating absorption and emission cross sections" Journal of Appl. Phys., 92,1, 180-187 (2002).
57. Lei G., Anderson J. E., Buchwald M. I., Edwards В. C., Epstein R. I. "Determination of spectral linewidth by Voigt profiles in Yb3+ -doped fluorozirconate glasses" Phys. Review В, 57, 13, 7673-7678 (1998).
58. Digonnet Michel J.F. Rare-Earth-Doped Fiber Lasers and Amplifiers, Second Edition, New York, Marcel Dekker, (1993).
59. Kirchhof J, Unger S "Codoping Effects in Fibers for Active Applications". OFC'99, WM1 (1999).
60. Буфетов И.А., Дудин В.В., Шубин A.B., Дианов Е.М. и др., "Эффективный неодимовый одномодовый волоконный лазер, работающий в области 0.9 мкм"Квантовая Электрон., 33, 12, 1035-1037 (2003)."
61. Jiang С., Liu Н., Zeng Q., Tang X., Gan F., "Ybrphosphate laser, glass with high emission cross-section" Elsevier, J. of Phys. And Chem. Of Solids 61, 1217-1223 (2001).
62. Muendel M.H. CLEO'1996, OSA Technical Digest series (Washington, DC, 1996, p.209).
63. Курков A.C., Дианов E.M., Парамонов B.M., и др. Квантовая Электроника, 30, 7912000).
64. Kurkov A.S., Medvedkov O.I., Paramonov V.M., et. al. Proc. of Confi on Optical Amplifiersand Their Applications (Stresa, Italy, 2001, OWC2).
65. Grudinin A.B., Nilsson J., Codemard C.A. et. al. Advanced Solid State Photonics 2003, Post deadline Presentations (San Antonio, Texas, 2003, PD2).
66. Grukh D.A., Kurkov A.S., Paramonov V.M., Dianov E.M. 12th International Laser Physics
67. Workshop 2003, Book of Abstracts, Hamburg, Germany, p.4.4.4 (2003).138
68. Doya V., Optical Fiber Technology, 6, 324-339 (2001).
69. Унгер Х.Г., Планарные и волоконные оптические волноводы, М., Мир (1980).
70. Снайдер А., Лав Дж., Теория оптических волноводов, М., Радио и связь (1987).
71. Newton Isaac, Opticks, Book II, London (1704).
72. Hall E. "The penetration of totally reflected light into the rarer medium" Phys. Rev. (Series I) 15, 73-106 (1902).
73. Lee B. and Lee W., "TM-polarized photon tunneling phase time in a frustrated-total-intemal-reflection structure" J. Opt. Soc. Am. B, Vol. 14, No. 4, p.777 (1997).
