Непрерывная параметрическая генерация в двулучепреломляющих волоконных световодах с накачкой иттербиевым волоконным лазером тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи

# "

Злобина Екатерина Алексеевна

Непрерывная параметрическая генерация в двулучепреломляющих волоконных световодах с накачкой иттербиевым волоконным лазером

01.04.05 «Оптика»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 6 ДЕК 2013

005544577

Новосибирск - 2013

005544577

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН)

Научный руководитель: Каблуков Сергей Иванович

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

Официальные оппоненты: Дмитриев Александр Капитонович

доктор физико-математических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования Новосибирский государственный технический университет, декан физико-технического факультета

Пивцов Виктор Сергеевич

кандидат физико-математических наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, ведущий научный сотрудник

Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное

учреждение науки Научный центр волоконной оптики Российской академии наук (Москва)

Защита диссертации состоится "6" марта 2014 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 003.005.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте автоматики и электрометрии СО РАН, адрес: 630090, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИАиЭ СО РАН.

Автореферат разослан "19" декабря 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета /

д.ф.-м.н. /'/ Ильичев Л. В.

/и '

Общая характеристика работы Актуальность

В настоящее время большой интерес представляет задача получения новых длин волн генерации с помощью нелинейных оптических эффектов в волоконных световодах. Для преобразования в низкочастотную область спектра часто используется процесс вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) [1]. Для увеличения оптической частоты и расширения диапазона перестройки применяют процесс вырожденного по частоте накачки параметрического четырёхволнового смешения (ЧВС), при котором две волны накачки с частотой сор генерируют две новые волны с частотами сор - й (стоксова компонента) и сир + О (антистоксова компонента), где £2 - параметрическая отстройка [2]. С каждым годом увеличивается количество статей, посвященных волоконно-оптическим параметрическим генераторам (ВОПГ), основанным на эффекте ЧВС [3].

Эффективный параметрический процесс требует согласования фаз, при котором величина усиления экспоненциально растет с нормированной мощностью £ = уРрЬ при » 1 (Рр - мощность накачки, Ь, у - длина и коэффициент нелинейности световода) [2]. В импульсных ВОПГ £ »1 из-за большой пиковой мощности накачки. Например, в работе [4] средняя мощность генерируемого излучения при параметрических отстройках 27 ТГц достигает ~ 2 Вт (£, = 7,5). В непрерывных ВОПГ значения £ = 6 - 10 получают при использовании световодов длиной несколько сотен метров [5, 6]. Однако в длинных световодах их неоднородность сильно уменьшает величину параметрического усиления при больших параметрических отстройках. Так, величина отстроек в непрерывных ВОПГ ограничивалась значением 15 ТГц, которое сравнимо со сдвигом частоты в процессе ВКР. Поэтому мощность стоксовой компоненты увеличивалась за счет совместного комбинационного и параметрического усиления и достигала значений ~1 Вт [6]. Несмотря на большое усиление, мощность излучения антистоксовой компоненты не превышала 100 мВт из-за больших потерь для сигнальной волны внутри резонатора [5, 6]. Таким образом, увеличение эффективности генерации и спектрального диапазона непрерывных ВОПГ является актуальной задачей.

Импульсные ВОПГ реализованы для разных длин волн в диапазоне от 0,6 до 1,9 мкм, в то время как непрерывные ВОПГ - только вблизи 1,5 мкм [5 - 7]. В

3

связи с этим актуальной является задача реализации непрерывных ВОПГ в новых спектральных диапазонах для расширения круга их применений. Для перехода в коротковолновую область спектра (1 мкм и менее) необходимо учитывать несколько важных моментов. Во-первых, возрастают оптические потери внутри световода. Во-вторых, в этой области используются специальные фотонно-кристаллические волоконные световоды (ФКВС), которые характеризуются довольно большой неоднородностью по длине. Из-за этих факторов и сравнительно небольшой мощности накачки ~ 0,2 Вт в первых экспериментах эффективность преобразования непрерывного ЧВС в однопроходной схеме не превышала 1% [8, 9]. Таким образом, для реализации эффективного ВОПГ вблизи 1 мкм в непрерывном режиме необходимо использовать короткие световоды, плотный резонатор и большую мощность накачки. Использование в качестве источника накачки доступного и достаточного простого иттербиевого волоконного лазера (ИВЛ) с высокой мощностью генерации и большой областью перестройки (1 - 1,1 мкм) позволяет решить сразу две проблемы — перейти в новую спектральную область и увеличить эффективность генерации в полностью волоконной схеме ВОПГ.

Цель работы

Исходя из вышесказанного, целью данной работы являлся переход в новый спектральный диапазон и увеличение эффективности генерации непрерывного ВОПГ за счёт использования двулучепреломляющих волоконных световодов и иттербиевого волоконного лазера в качестве источника накачки вблизи 1 мкм.

Задачи работы

Основные задачи, которые необходимо было решить для достижения цели:

1. Поиск подходящих волоконных световодов и выбор параметров ИВЛ для получения непрерывной параметрической генерации в широком спектральном диапазоне.

2. Исследование параметрического процесса в однопроходной схеме с сигнальной затравкой при скалярном и векторном фазовом синхронизме в двулучепреломляющих волоконных световодах, как стандартных, так и фотонно-кристаллических.

3. Разработка эффективного непрерывного волоконно-оптического параметрического генератора с накачкой ИВЛ, исследование и оптимизация его характеристик.

Научная новизна

Впервые в двулучепреломляющем волоконном световоде получена непрерывная параметрическая генерация с векторным согласованием фаз излучения накачки и сигнальной волны (до этого был реализован только импульсный режим). Экспериментально продемонстрировано, что эффективность преобразования в коротковолновую область спектра может достигать нескольких процентов при использовании в качестве лазера накачки непрерывного ИВЛ с длиной волны генерации Я = 1,05 мкм. Впервые реализован непрерывный ВОПГ с векторным согласованием фаз и получена мощность генерации 100 мВт.

Впервые численно и экспериментально исследованы диаграммы фазового синхронизма коммерчески доступного двулучепреломляющего фотонно-кристаллического волоконного световода (ФКВС) ЬМА5-РМ, разработанного для передачи одномодового излучения в диапазоне 0,4 - 2 мкм. Экспериментально показано, что с помощью ЧВС в таком световоде возможно преобразовывать непрерывное излучение ИВЛ с отстройками частоты до 100 ТГц вверх и вниз (от 0,75 до 1,5 мкм). Получено новое аналитическое решение для параметрических отстроек векторного ЧВС, которое хорошо согласуется с экспериментом при накачке вблизи длины волны нулевой дисперсии (ДНВД) световода в отличие от решения, представленного в работе [10].

Впервые реализован непрерывный полностью волоконный параметрический генератор с длиной волны выходного излучения менее 1 мкм. Использование кольцевой схемы резонатора с двумя селективными ответвителями позволило уменьшить потери для сигнальной волны. В итоге при относительно небольшой величине нормированной мощности £ =1,8 получено мощное непрерывное излучение с параметрическими отстройками до 38 ТГц. Продемонстрированная мощность 460 мВт для антистоксовой волны и величина параметрических отстроек являются наибольшими среди представленных к настоящему времени непрерывных ВОПГ. Кроме того, режим больших отстроек позволил исключить влияние комбинационного

усиления на параметрический процесс. Также впервые экспериментально исследовано влияние ширины линии накачки на эффективность ВОПГ.

Практическая значимость

Волоконно-оптический параметрический преобразователь частоты на основе ФКВС LMA5-PM с накачкой ИВЛ можно использовать для перестройки длины волны непрерывного излучения в широком спектральном диапазоне (от 0,75 до 1,5 мкм), что открывает новые возможности его применений в спектроскопии, биомедицине, оптической томографии. Полученное в работе аналитическое решение для параметрических отстроек векторного ЧВС позволяет рассчитывать диаграммы фазового синхронизма при накачке вблизи ДВНД световода, что упрощает расчет выходных характеристик ВОПГ.

На основе световода LMA5-PM экспериментально реализованы полностью волоконные параметрические генераторы с диапазоном перестройки непрерывного излучения 0,92 - 1 мкм и мощностью несколько сотен мВт. Указанные генераторы могут служить компактной и недорогой альтернативой перестраиваемым оптическим источникам в этом диапазоне, например, титан-сапфировому лазеру или одномодовым лазерным диодам.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертации представлялись автором лично устными и стендовыми докладами на международной конференции ICONO/LAT 2010 и 2013 (23-26 августа 2010 г., Казань; 18-22 июня 2013 г., Москва); международной научной студенческой конференции МНСК 2011 (1620 апреля 2011 г., Новосибирск); 3-ей Всероссийской конференции по волоконной оптике ВКВО 2011 (12-14 октября 2011 г., Пермь); 5-го Российского семинара по волоконным лазерам 2012 (27-30 марта 2012 г., Новосибирск); международной конференции SPIE Photonics Europe 2012 (16-19 апреля 2012 г., Брюссель, Бельгия); международном зимнем оптическом колледже Winter College on Optics: Trends in Laser Development and Multidisciplinaiy Applications to Science and Industry (4-15 февраля 2013 г., Триест, Италия); международной конференции CLEO Europe - IQEC 2013 (1216 мая 2013 г., Мюнхен, Германия). Результаты также докладывались на научных семинарах Института автоматики и электрометрии СО РАН, Новосибирск (23 декабря 2010 г., 27 июня 2013 г., 10 октября 2013 г.).

Защищаемые положения

1. Непрерывный волоконно-оптический параметрический генератор с векторным согласованием фаз возможно реализовать, используя в качестве источника излучения накачки иттербиевый волоконный лазер и двулучепреломляющий волоконный световод со ступенчатым профилем показателя преломления и длиной волны нулевой дисперсии 1,3 - 1,5 мкм.

2. Двулучепреломляющие фотонно-кристаллические волоконные световоды с длиной волны нулевой дисперсии около 1,05 мкм позволяют преобразовать излучение непрерывных иттербиевых волоконных лазеров с отстройкой частоты порядка 100 ТГц при использовании процесса четырехволнового смешения с сигнальной затравочной волной в полностью волоконной схеме.

3. Волоконно-оптический параметрический генератор на базе двулучепреломляющего фотонно-кристаллического волоконного световода позволяет получить непрерывную перестраиваемую генерацию в спектральном диапазоне 0,92 - 1 мкм в полностью волоконной схеме с накачкой итгербиевым волоконным лазером без использования затравочного излучения.

4. Оптимизация ширины линии накачки требует одновременного учета влияния процесса вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна, проявляющегося при ее уменьшении, и уширения контура параметрического усиления при ее увеличении.

Личный вклад автора

Основные результаты получены автором лично. В ходе выполнения работ автор принимал активное участие в выборе направления исследований и постановке задач, теоретическом анализе и проведении экспериментов, обработке результатов и их обсуждении, подготовке статей для публикации.

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 5 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах [А1 — А5], определенных Высшей аттестационной комиссией.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы, а также списка обозначений и сокращений. Работа изложена на 129 станицах, содержит 65 рисунков и 2 таблицы. Список литературы состоит из 126 наименований.

Содержание работы

Во введении описывается область исследований, обосновывается актуальность, определяются цели и задачи, формулируется новизна работы. Кроме того, дается обзор публикаций, посвященных разработке импульсных и непрерывных ВОПГ. Далее приводится изложение основного содержания работы по главам. В конце приводится список публикаций и формулируются защищаемые положения.

В первой главе описывается теоретический базис процесса вырожденного по частоте накачки параметрического четырехволнового смешения (ЧВС) в оптических волоконных световодах. Глава состоит из трех разделов.

В первом разделе приводятся аналитические решения для мощности генерации и величины параметрического усиления в приближении неистощенной накачки и небольших параметрических отстроек. Усиление максимально, когда выполняется условие фазового синхронизма.

Во втором разделе подробно рассматриваются два способа согласования фаз в двулучепреломляющих световодах - скалярный (все волны имеют одну поляризацию) и векторный (волны распространяются в разных поляризационных модах). Здесь подчеркивается, что скалярное ЧВС накладывает ограничение на длину волны накачки, так как оно осуществляется при накачке вблизи длины волны нулевой дисперсии (ДВНД) световода 20 Для векторного ЧВС такого ограничения нет. Приводятся формулы для параметрических отстроек, и оценивается необходимая мощность накачки для получения параметрического усиления на уровне 10% в коммерчески доступном волоконном световоде ЬМА5-РМ. Для скалярного ЧВС проводится оценка ширины фазового синхронизма, на основании которой делается вывод: эффективность параметрического преобразования может уменьшаться при увеличении частотных отстроек из-за сужения области фазового синхронизма.

Третий раздел обобщает результаты первой главы.

Вторая глава посвящена итгербиевому волоконному лазеру как перспективному источнику накачки для параметрической генерации в области менее 1 мкм. Глава состоит из трех разделов.

Первый раздел описывает общие принципы работы ИВЛ. Подчеркивается, что широкий спектр люминесценции УЬ в кварцевом стекле позволяет получать генерацию в одномодовом режиме в широком диапазоне длин волн. Далее дается описание двух схем непрерывных ИВЛ, используемых в эксперименте -с линейным и кольцевым резонатором. Рассматриваются характеристики отдельных компонентов схем - лазерных диодов накачки, волоконных объединителей накачки, стационарных и перестраиваемых волоконных брэгговских решеток, активных иттербиевых световодов, волоконных ответвителей. В эксперименте использовались варианты ИВЛ с суммарным диапазоном длин волн неполяризованного излучения 1,01- 1,1 мкм мощностью от 0,5 до 14 Вт. Кроме того, применялась система иттербиевого волоконного задающего генератора-усилителя с линейной поляризацией излучения.

Известно, что эффективность параметрического преобразования критично зависит от спектральных характеристик излучения накачки, поэтому второй раздел посвящен исследованию уширения спектра генерации ИВЛ. В качестве модели уширения линии генерации рассматривается модель фазовой самомодуляции большого числа продольных мод излучения внутри резонатора. Аналитическое решение для ширины спектра генерации показывает, что в приближении неистощенной накачки и £ < 1 ширина линии генерации линейно зависит от выходной мощности, при этом форма спектра описывается функцией гиперболического секанса. Теория хорошо согласуется с экспериментом при мощности > 1 Вт, когда устанавливается непрерывный режим генерации.

В третьем разделе обобщаются результаты второй главы.

Третья глава посвящена исследованию непрерывной параметрической генерации в однопроходной схеме с сигнальной затравкой при накачке ИВЛ. Глава состоит из трех разделов.

В первом разделе описывается параметрический процесс с векторным согласованием фаз в стандартном двулучепреломляющем волоконном световоде РМ980-ХР с 1,4 мкм. Следует отметить, что исследования других групп проводились с импульсной накачкой, поэтому представленные в разделе

результаты полностью оригинальны. Вначале приводятся характеристики световода РМ980-ХР, затем теоретически оцениваются возможная мощность генерации и ширина фазового синхронизма векторного ЧВС. Здесь и далее в тексте под векторным согласованием фаз будет подразумеваться процесс, при котором излучение накачки имеет компоненты поляризации вдоль каждой из осей двулучепреломляющего волоконного световода, а параметрические волны (сигнальная и генерируемая - холостая) поляризованы вдоль разных осей. Показывается, что мощность генерации Р, в случае слабой нелинейности квадратично зависит от мощности накачки Рр и линейно от мощности сигнальной затравки Р3. Далее приводятся экспериментальные результаты по непрерывной параметрической генерации в световоде РМ-980ХР длиной 35 и 85 м с накачкой ИВЛ. Контур фазового синхронизма в эксперименте оказывается в два раза шире расчетного из-за влияния аппаратной функции используемого спектроанализатора и уширения спектра многомодового излучения лазеров накачки и сигнала. На рис. 1 показано сравнение экспериментальных (точки) и расчетных (линии) зависимостей мощности генерируемой холостой волны от мощности сигнальной затравки для световода РМ-980ХР длиной 85 (а) и 35 м (б) при двух значениях мощности накачки.

Рис. 1. Экспериментальная (точки) и теоретическая (сплошные линии) зависимость мощности холостой волны от мощности сигнальной волны для волоконного световода длиной 85 (а) и 35 (б) м.

Зависимость Р,(РБ) имеет линейный характер на начальном участке, что соответствует теории. Однако при больших Р8 она насыщается, возможно, из-за уширения спектров генерации волоконных лазеров за пределы области

§ —.—,—.—,—.—г- з о^

2 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 О о о

Мощность сигнальной волны. Вт

а

I 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 Мощность сигнальной волны, Вт

б

фазового синхронизма. Мощность параметрической генерации Р, и эффективность преобразования Р\/Рв для световода длиной 85 м при Рр = 4 Вт достигают 40 мВт и 3,3%, соответственно. На основании полученных данных рассчитывается коэффициент нелинейности волоконного световода у =3,9 Вт" 1км"1. Векторный ЧВС с накачкой вдали от ДВНД световода позволяет получать только небольшие частотные отстройки (-10 ТГц). Для их увеличения в следующем разделе используется фотонно-кристаллический волоконный световод с ДВНД, находящейся в спектральном диапазоне генерации ИВЛ.

Второй раздел посвящен исследованию непрерывной параметрической генерации в двулучепреломляющем ФКВС ЬМА5-РМ с накачкой непрерывным перестраиваемым ИВЛ (Я = 1,01 - 1,1 мкм) и сигнальной затравкой. ДВНД данного световода находится вблизи 1,05 мкм, что позволяет перестраивать накачку из области положительной в область отрицательной дисперсии световода. В разделе численно и экспериментально исследуется диапазон возможных параметрических отстроек в ФКВС при скалярном и векторном согласовании фаз. Полученные диаграммы фазового синхронизма (зависимость длины волны параметрической генерации от длины волны накачки при выполнении условия фазового синхронизма, когда волновая расстройка Д/? = 0) представлены на рис. 2. Точками обозначены экспериментальные данные, линии - численный расчет.

: 1боо

S

ZT

то

CL ф

X

£В

к га

ьс

о ф

т s о.

I-

Ф 5

П5 Q. ГО С

1400

1200

1000-

800-

-Скалярный синхронзм (1,2)

---Векторный синхронизм, положительная ветвь (3.4)

--Векторный синхронизм, отрицательная ветвь (5)

• эксперимент

стоксова компонента . J5

~----- ■ ••— .

_ -««• •• "

антистоксова компонента

1020

1100

1040 1060 1080

Длина волны накачки, нм Рис. 2. Возможные параметрические отстройки в световоде LMA5-PM при накачке непрерывным ИВЛ: точки - экспериментальные результаты, линии -

численный расчет.

Из рисунка видно, что в двулучепреломляющем световоде существуют две ветви скалярного (1, 2) и три ветви векторного (3, 4, 5) фазового синхронизма, соответствующие разным поляризациям четырех волн. Экспериментальные параметрические отстройки достигают 100 ТГц для двух методов согласования фаз, при этом минимальная длина волны генерации доходит до ~ 760 нм. На рис. 2 наблюдается хорошее согласие между экспериментальными и теоретическими графиками.

Далее выводится аналитическое решение условия фазового синхронизма для параметрических отстроек в двулучепреломляющем световоде. Волновая расстройка Д/? раскладывается в ряд Тейлора до 4-го порядка вблизи А0, при этом получается кубическое уравнение на частоту параметрической отстройки

■з

¿3: П +рП+д = 0, где коэффициенты р и с/ зависят от высших порядков дисперсии и величины двулучепреломления световода, а также от частоты накачки. Данное уравнение решается по формуле Кордано и в зависимости от знака дискриминанта Q имеет от одного до трех вещественных корней. В работе показано, что полученные аналитические решения хорошо согласуются с численным расчетам при отстройках до 60 ТГц в отличие от аналитического решения из работы [10], которое уходит в бесконечность при накачке вблизи ДВНД световода (для вывода решения авторы использовали меньше членов разложения в ряд Тейлора).

Далее экспериментально исследуется ширина фазового синхронизма и эффективность параметрического преобразования в ФКВС ЫУ1А5-РМ. Для исключения влияния неоднородности световода на экспериментальные результаты использовалось скалярное ЧВС с накачкой вблизи /0. Показано, что для световода длиной 1 м контуры синхронизма для двух поляризаций перекрываются, и вся мощность неполяризованной накачки участвует в ЧВС. Для световода длиной 18 м спектральный контур синхронизма сужается и расщепляется на две компоненты, в итоге только часть излучения накачки с определенной поляризацией участвует в преобразовании. Мощность холостой волны на X ~ 996 нм в световоде длиной 18 м достигает 75 мВт, что соответствует эффективности параметрического преобразования ¡'¡(¿)/Р.ДУ) = 15% при Рр = 4 Вт. Такой величины достаточно для реализации схемы полностью волоконного параметрического генератора без сигнальной затравки.

Третий раздел обобщает результаты главы.

В четвертой главе представлены результаты по созданию первого непрерывного ВОПГ с накачкой ИВЛ. Глава состоит из трех разделов.

В первом разделе рассматривается возможность разработки ВОПГ с использованием векторного ЧВС в стандартном двулучепреломляющем световоде РМ980-ХР. Линейный резонатор генератора формируется высокоотражающими ВБР на Я = 1115 нм и позволяет усиливать излучение на стоксовой длине волны за счет совместных эффектов параметрического и комбинационного усиления. Далее экспериментально исследуются зависимости мощности генерируемой волны от мощности накачки и длины световода. Максимальная мощность генерации (эффективность преобразования) в световоде длиной 85 м составила 100 мВт на длине волны 1042 нм.

Во втором разделе описывается непрерывный ВОПГ на основе ФКВС LMA5-PM длиной 18 м со скалярным согласованием фаз. Схема ВОПГ представлена на рис. 3. В кольцевом резонаторе, сформированном селективными ответвителями WDM1 и WDM2, усиливается стоксова компонента ЧВС. В работе разработаны две схемы ВОПГ, оптимизированные на максимальную мощность антистоксова излучения с длинами волн 975 и 930 нм, соответственно. Потери для сигнальной волны внутри резонатора ~ 30%, из них 20% - потери в местах сварки ФКВС со стандартными световодами.

LMA5-PM, 18 м

(параметрическая (накачка) генерация)

Рис. 3. Схема непрерывного ВОПГ: ТОМ - волоконный селективный

ответвитель, КП — контроллер поляризации.

Перестройка ВОПГ осуществляется за счёт отстройки длины волны накачки Ар в область положительной дисперсии световода. Из рис. 4 видно, что для ВОПГ на 975 нм область перестройки простирается от 960 до 1010 нм (а), для ВОПГ на 930 нм - от 923 до 1005 нм (б). В коротковолновой области перестройка ограничена из-за увеличения потерь для стоксовой волны за счет спектральных характеристик резонатора и уменьшения параметрического усиления из-за неоднородности волоконного световода по длине. Ширина линии генерации зависит от ширины фазового синхронизма и изменяется с 0,7 до 5 нм при перестройке длины волны генерации с 923 до 1005 нм. Излучение с длиной волны более 1005 нм в работе не рассматривается, так как ширина спектра генерации в этом случае превышает 5 нм.

1000 1050 1100 1150 1200 900 950 1000 1050 1100 1150 1200

Длина волны, нм Длина волны, нм

Рис. 4. Спектры ВОПГ на 975 нм (а) и 930 нм (б) при перестройке длины волны

накачки Ар (порт б).

Изменение длины волны накачки приводит к смещению контура параметрического усиления. Контуры усиления, возникающие для отдельных спектральных компонент в пределах ширины линии накачки Д/.р, уширяют область интегрального параметрического усиления. Поэтому амплитуда усиления уменьшается, увеличивая порог ВОПГ. Отметим, что влияние ЛАР особенно заметно для больших параметрических отстроек, когда ширина фазового синхронизма мала. На рис. 5а,б показана экспериментальная зависимость выходной мощности на длинах волн 972 и 931 нм от мощности накачки для разных значений ширины линии ЛЛ.Р. С одной стороны, уширение линии накачки приводит к увеличению порога ВОПГ (рис. 56). С другой стороны, есть область параметров ЛДР, для которых амплитуда контура усиления и порог ВОПГ не меняются (рис. 5а). Таким образом, не обязательно

использовать одночастотное излучение накачки, чтобы повысить эффективность генерации. В работе также экспериментально показано, что пороговую мощность ВОПГ можно снизить, используя линейно поляризованное излучение накачки и уменьшая величину параметрических отстроек. Несмотря на небольшую нормированную мощность с, = 1,8, за счет оптимизации потерь в резонаторе ВОПГ были получены рекордные значения мощности (460 мВт на X = 972 нм и 320 мВт на X = 931 нм) и частотной отстройки (38 ТГц) для непрерывного ВОПГ с преобразованием частоты вверх. Дифференциальная эффективность достигала 9,4% и 15% на длинах волн 972 и 931 нм, соответственно.

0.4-,

0.6

т |

£ 0.4

О)

и

0.2

3 о

0.0

* ЛДр= 0,1 нм

• АЯр= 0,12 нм ж ДЛр= 0,14 нм

480 мВт £

(а)

ю

со

(Л ? 0.2

| о

^ 0.0

А АЛр ~ 0,16 нм ■ АЛр = 0,2 НМ

320 мВт

.......У

А

А'

(б)

Мощность накачки, Вт

10

12

Мощность накачки, Вт

14

Рис. 5. Зависимость мощности генерации на длинах волн 972 нм (а) и 931 нм (б) от мощности накачки для разных значений ширины линии накачки ЛЯр.

В разделе также рассматривается влияние конкурирующих нелинейных эффектов - ВКР и вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ) на эффективность параметрического преобразования. Показано, что ВРМБ начинает появляться при сужении линии накачки до 40 пм. Если при этом возникает обратная связь на лазер накачки, излучение накачки модулируется с периодом 48 не, соответствующим обходу резонатора ИВЛ. Увеличение пиковой мощности накачки приводит к увеличению дифференциальной эффективности (мощности генерации) до 25% (1,1 Вт) на длине волны 974 нм. Если обратная связь подавлена (за счёт применения изоляторов на выходе лазера накачки), мощность параметрической генерации уменьшается из-за временной нестабильности излучения накачки в кольцевом резонаторе.

В третьем разделе обобщаются результаты четвертой главы, и рассматриваются перспективы создания перестраиваемого непрерывного ВОПГ с длиной волны генерации вблизи 750 нм.

Заключение содержит формулировку результатов данной работы.

Основные результаты

1. Впервые экспериментально продемонстрирована непрерывная параметрическая генерация с векторным согласованием фаз в стандартном двулучепреломляющем волоконном световоде. Эффективность преобразования сигнального излучения (1080 нм) в холостую волну (1017 нм) в однопроходной схеме достигает 3,3% при накачке итгербиевым волоконным лазером (ИВЛ). Мощность генерации составляет 40 мВт. Впервые продемонстрирован непрерывный волоконно-оптический параметрический генератор (ВОПГ) с преобразованием частоты вверх при векторном согласовании фаз, выходная мощность которого достигает 100 мВт (1042 нм).

2. Численно и экспериментально показано, что в двулучепреломляющем фотонно-кристаллическом волоконном световоде (ФКВС) ЬМА5-РМ с накачкой ИВЛ, перестраиваемым вблизи длины волны нулевой дисперсии (ДНВД) в диапазоне 1,01-1,1 мкм, использование сигнальной затравки позволяет получить непрерывную параметрическую генерацию в диапазоне от 0,75 до 1,55 мкм, что соответствует параметрическим отстройкам частоты до 100 ТГц как для векторного, так и для скалярного фазового синхронизма. Получено аналитическое решение для параметрических отстроек векторного фазового синхронизма с накачкой вблизи ДНВД волоконного световода, согласующееся с численным расчетом для параметрических отстроек до 60 ТГц.

3. Впервые реализован непрерывный полностью волоконный оптический параметрический генератор на основе двулучепреломляющего ФКВС с накачкой ИВЛ вблизи 1,05 мкм, генерирующий излучение с длиной волны менее 1 мкм. Частотные отстройки достигают 38 ТГц, а диапазон перестройки ВОПГ ограничен в коротковолновой области длиной волны 923 нм, определяющейся спектральными характеристиками используемого резонатора и шириной линии накачки. Дифференциальная эффективность

16

(мощность) генерации при накачке неполяризованным излучением достигает 9,6% (460 мВт) на длине волны 972 нм и 15% (320 мВт) на длине волны 931 нм.

4. Экспериментально показано, что ширина линии накачки имеет оптимум: её увеличение приводит к снижению максимума параметрического усиления и росту порога ВОПГ, а уменьшение - к переходу в импульсный режим параметрической генерации из-за влияния процесса вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

А1. Злобина Е.А., Каблуков С.И., Бабин С.А. Непрерывная параметрическая генерация в волоконном световоде с сохранением поляризации // Квантовая электроника,-2011. - Т. 41, № 9. - С. 794 - 800.

А2. Zlobina Е.А., Kablukov S.I., Babin S.A. Phase matching for parametric generation in polarization maintaining photonic crystal fiber pumped by tunable Yb-doped fiber laser// J. Opt. Soc. Am. В.-2012,-Vol. 29, no.8.-Pp. 1959-1967.

A3. Kablukov S.I., Zlobina E.A., Podivilov E.V., and Babin S.A. Output spectrum of Yb-doped fiber lasers // Optics Letters.-2012,-Vol. 37, no. 13,- Pp. 2508-2510.

A4. Zlobina E.A., Kablukov S.I., Babin S.A. Tunable CW all-fiber optical parametric oscillator operating below 1 цт // Optics Express. — 2013. - Vol. 21, no. 6.-Pp. 6777-6782.

A5. Злобина E.A., Каблуков С.И. Оптические параметрические генераторы на основе волоконных световодов // Автометрия—2013.-Т. 49,№ 4.-С. 53—78.

Список цитируемых работ

[1] Курков А.С., Дианов Е.М. Непрерывные волоконные лазеры средней мощности// Квантовая электроника - 2004-том 34, № 10 — стр. 881 - 900.

[2] Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика. М.: Мир - 1996.

[3] Marhic М. Е. Fiber Optical Parametric Amplifiers, Oscillators and Related Devices. New York: Cambridge University Press - 2008.

[4] Xu Y.Q., Mak K.F., Murdoch S.G. Multiwatt level output powers from a tunable fiber optical parametric oscillator // Opt. Lett. - 2011. - Vol. 36, no. 11. - Pp. 1966-1968.

[5] Xu Y.Q., Murdoch S.G., Leonhardt R., and Harvey J.D. Raman-assisted continuous-wave tunable all-fiber optical parametric oscillator // J. Opt. Soc. Am. B. - 2009. - Vol. 26, no. 7. - Pp. 1351 - 1356.

[6] Malik R., Marhic M.E. Tunable continuous-wave fiber optical parametric oscillator with 1-W output power // in Optical Fiber Communication Conference, OSA Technical Digest (CD) (OSA, 2010), paper JWA18.

[7] Sharping J.E. Microstructure fiber based optical parametric oscillators // J. Lightwave Tech. -2008. - Vol. 26, no. 14. - Pp. 2184 - 2191.

[8] Andersen Т., Hilligsee K., Nielsen C. et al. Continuous-wave wavelength conversion in a photonic crystal fiber with two zero-dispersion wavelengths // Opt. Express. - 2004. - Vol. 12, no 14. - Pp. 4113 - 4122.

[9] Яценко Ю.П., Левченко A.E., Прямиков А.Д., и др. Четырехволновое смешение в двухслойных микроструктурированных световодах // Квант, электроника. - 2005. — том 35, №8. — стр. 715 — 719.

[10] Jain R.K., Stenersen К. Phase-matched four-photon mixing processes in birefringent fibers // Appl. Phys. B. - 1984. - Vol. 35, no. 2. - Pp. 49 - 57.

Подписано в печать 17.12.2013 г. Печать цифровая. Бумага офсетная. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 2 Тираж 100 экз. Заказ № 199

Отпечатано в типографии «Срочная полиграфия» ИП Малыгин Алексей Михайлович 630090, Новосибирск, пр-т Академика Лаврентьева, 6/1, оф.104 Тел. (383) 217-43-46, 8-913-922-19-07

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук

На правах рукописи

04201456465

Злобина Екатерина Алексеевна

Непрерывная параметрическая генерация в двулучепреломляющих волоконных световодах с накачкой иттербиевым волоконным лазером

01.04.05 «Оптика»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель

кандидат физико-математических наук

Каблуков Сергей Иванович

Новосибирск - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ.............................................3

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................................7

ГЛАВА 1. ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ЧЕТЫРЕХВОЛНОВОЕ СМЕШЕНИЕ В ВОЛОКОННОМ СВЕТОВОДЕ......................................................................22

1.1. Коэффициент усиления и мощность генерации.................................22

1.2. Методы согласования фаз в двулучепреломляющих световодах..27

1.3. Выводы к главе 1...................................................................................39

ГЛАВА 2. ИТЕРБИЕВЫЙ ВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕР....................................40

2.1. Характеристики используемых в эксперименте схем........................40

2.2. Уширение спектра генерации...............................................................46

2.3. Выводы к главе 2....................................................................................51

ГЛАВА 3. БЕЗРЕЗОНАТОРНАЯ СХЕМА ГЕНЕРАЦИИ...........................52

3.1. Параметрическая генерация в стандартном двулучепреломляющем волоконном световоде......................................................................................52

3.2. Параметрическая генерация в двулучепреломляющем фотонно-кристаллическом волоконном световоде........................................................62

3.3. Выводы к главе 3....................................................................................84

ГЛАВА 4. НЕПРЕРЫВНЫЙ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР...........................................................86

4.1. Волоконно-оптический параметрический генератор на основе стандартного двулучепреломляющего волоконного световода................86

4.2. Волоконно-оптический параметрический генератор на основе двулучепреломляющего фотонно-кристаллического волоконного световода............................................................................................................89

4.3. Выводы к главе 4..................................................................................113

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...............................................................................................115

ЛИТЕРАТУРА.................................................................................................117

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

а* - суммарные точечные потери за обход резонатора aL - постоянная затухания волоконного световода Р{со) — постоянная распространения моды

Ai,s,p(&0 - постоянная распространения моды для антистоксовой, стоксовой волн и волны накачки, соответственно

Afast,siow(i«) - постоянная распространения моды быстрой и медленной осей

двулучепреломляющего волоконного световода, соответственно

/?j(£wp) - коэффициент дисперсии j-го порядка на частоте сор

/?ок - коэффициент дисперсии А:-го порядка на частоте ш0

А/? - полная расстройка волновых векторов

A/?sc- полная расстройка волновых векторов при скалярном синхронизме A/?l,m,w _ линейная, материальная и волноводная расстройка волновых векторов, соответственно

у - коэффициент нелинейности волоконного световода Дрно - спектральная ширина ВБР с0 - диэлектрическая проницаемость вакуума Л - расстояние между отверстиями (питч) в ФКВС Лцг - период структуры ВБР Л - длина волны излучения

Я0 - длина волны нулевой дисперсии волоконного световода ЯВг - резонансная длина волны ВБР

Яр8а — длина волны накачки, стоксовой (иногда сигнальной) и антистоксовой волн, соответственно

A/lPiSil - ширина линии излучения накачки, стоксовой (иногда сигнальной) и антистоксовой волн, соответственно 8Ар — изменение длины волны накачки

8Яа - спектральный сдвиг максимумов контуров параметрического усиления

v— частота колебаний волны электромагнитного поля

if - нормированная мощность накачки, нелинейный набег фазы

^ — тензор диэлектрической восприимчивостиу'-го порядка

-частотная параметрическая отстройка Дс - частотная параметрическая отстройка при скалярном фазовом синхронизме

Дит _ частотная параметрическая отстройка в точке поворота положительных ветвей векторного фазового синхронизма i2vv 1 — частотная параметрическая отстройка при векторном фазовом синхронизма с накачкой, поляризованной вдоль двух или одной оси волоконного световода, соответственно

Q\, Q2 - частотные параметрические отстройки для положительных ветвей

векторного фазового синхронизма

АД.-wm - полная ширина фазового синхронизма

AQSCX - полная ширина скалярного и векторного фазового синхронизма, соответственно

со - циклическая частота излучения

со0 - циклическая частота нулевой дисперсии световода

®p,s,u _ циклическая частота излучения накачки, стоксовой (иногда

сигнальной) и антистоксовой волн, соответственно

од urn - частота накачки в точке поворота положительных ветвей векторного фазового синхронизма

Scdp- отстройка частоты накачки от частоты нулевой дисперсии световода <5ОДигп — отстройка частоты накачки от частоты нулевой дисперсии световода, при которой положительные ветви векторного фазового синхронизма переходят друг в друга A(z, t) — амплитуда световой волны Ас//- эффективная площадь моды с - скорость света в вакууме

D{X) — дисперсионная характеристика волоконного световода

- диаметр отверстий в ФКВС

Е- вектор напряженности электрического поля Р](Х>У) ~ поперечное распределение модыу'-го поля Як иДк! - интегралы перекрытия мод g - коэффициент параметрического усиления

gsc - коэффициент параметрического усиления при скалярном фазовом синхронизме

б^а - ненасыщенное параметрическое усиление сигнальной и холостой волн за проход по волоконному световоду, соответственно

- ненасыщенное параметрическое усиление холостой волны за проход по волоконному световоду при скалярном фазовом синхронизме Я - межмодовое расстояние к- коэффициент заполнения слоев в ФКВС Ь - длина волоконного световода Ьсау - длина резонатора ¿соЬ - длина когерентности ЫА - числовая апертура волоконного световода /7 - показатель преломления

п2 - нелинейный показатель преломления волоконного световода Ла^очу/ая! - средний показатель преломления и показатели преломления медленной и быстрой осей двулучепреломляющего волоконного световода, соответственно

щк - эффективный показатель преломления для основной моды, распространяющейся в световоде 5п - двулучепреломление волоконного световода

Р- вектор поляризации, наведенной в среде

Ро - мощность волны накачки на входе в волоконный световод при скалярном фазовом синхронизме

~ мощность излучения на частоте стоксовой (иногда сигнальной), антистоксовой и холостой волн, соответственно

Р? - сумма мощностей двух волн накачки на входе в волоконный световод

Plh - пороговая мощность накачки

p,q- коэффициенты кубического уравнения

Q - дискриминант кубического уравнения

R0 - коэффициент отражения ВБР в максимуме

So - наклон дисперсионной характеристики

Т - температура

HNL DSF - highly nonlinear dispersion-shifted fiber - высоконелинейный волоконный световод со смещенной дисперсией

LMA - large mode area — волоконный световод с увеличенным диаметром моды

MFD - mode field diameter —диаметр поля моды

МОРА - master oscillator power amplifier - задающий генератор-усилитель мощности

WDM - wavelength division multiplexer — спектрально-селективный ответвитель

AOC — анализатор оптического спектра

ВБР - волоконная брэгговская решетка

ВКР - вынужденное комбинационное рассеяние

ВОПГ - волоконно-оптический параметрический генератор

ВРМБ - вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна

ГВГ - генерация второй гармоники

ДВНД - длина волны нулевой дисперсии волоконного световода

ИВЛ - иттербиевый волоконный лазер

КП - контроллер поляризации

НВЛ — неодимовый волоконный лазер

ФКВС — фотонно-кристаллический волоконный световод

ФСМ — фазовая самомодуляция

ЧВС — четырехволновое смешение

ВВЕДЕНИЕ

С момента создания первого рубинового лазера в 1960 г. ученых волнует вопрос разработки когерентных оптических источников на основе новых сред и нелинейных эффектов для генерации излучения в различных спектральных областях. Например, во многих практических и научных применениях требуется непрерывное перестраиваемое излучение с длиной волны менее 1 мкм. Источники с большой яркостью, работающие в диапазоне около 975 нм, привлекательны для накачки активных волоконных световодов (например, эрбиевых усилителей и лазеров). Излучение в диапазоне 890 - 950 нм используется в спектроскопии поглощения водяных паров, для мониторинга окружающей среды [1]. Узкополосный лазер, перестраиваемый вблизи 935 нм, необходим для охлаждения Yb+ ионов в высокоразрешающей спектроскопии и точной частотной метрологии [2]. Перестраиваемый источник вблизи 920 нм можно использовать в схеме удвоения частоты для получения компактного лазера в синей спектральной области, способного заменить громоздкую и неэффективную конструкцию аргонового лазера. Кроме того, «синий спектр» перспективен для создания современных устройств хранения информации. Непрерывные лазерные источники видимого диапазона с мощностью несколько сотен милливатт важны для медицинских и научных применений, в спектроскопии и томографии.

В настоящее время самой большой областью перестройки в спектральном диапазоне менее 1 мкм обладает титан-сапфировый лазер. Он может перестраиваться от 0,65 до 1,1 мкм при использовании нескольких комплектов зеркал. Коммерческие фирмы (Техноскан, Coherent) предлагают непрерывные титан-сапфировые лазеры, которые генерируют излучение в диапазоне 0,7 - 1 мкм с узкой спектральной линией < 5 МГц и выходной мощностью до 3 Вт. Однако их стоимость довольно высока. В данной спектральной области популярность

приобретают перестраиваемые одночастотные лазерные диоды. Например, диоды DL pro фирмы Toptica имеют диапазон перестройки до 70 нм и ширину спектральной линии 0,1 МГц [3]. Однако их мощность невелика-менее 80 мВт.

В настоящее время активно развивается область оптики, связанная с исследованием волоконных световодов. Волоконные лазеры обладают рядом преимуществ по сравнению с другими оптическими источниками, что позволяет использовать их в различных областях науки, промышленности и медицины. К преимуществам волоконных лазеров можно отнести высокое качество выходного пучка,' при котором поддерживается только основная поперечная мода; относительно высокую эффективность преобразования оптической накачки в лазерное излучение, достигающую 80% [4]; отсутствие котировочных элементов и объемной оптики; компактность; простоту и надежность в эксплуатации. В качестве активного элемента таких лазеров обычно используются волоконные световоды, легированные ионами редкоземельных металлов (Yb, Er, Nd, Tm, Но), которые люминесцируют в ближнем ИК диапазоне [4]. Большая область усиления позволяет разрабатывать источники перестраиваемого оптического излучения на основе высокодисперсных призм [5], дифракционных решеток [6 - 9] и перестраиваемых волоконных брэгговских решеток (ВБР) [10 - 12].

Существуют два типа волоконных лазеров с активной средой, способных генерировать излучение в спектральной области менее 1 мкм -это иттербиевые и неодимовые волоконные лазеры. Однако в разработке

3 Ь

таких устройств есть свои сложности. Спектр люминесценции иона Yb , обусловленный переходом 2F5/2 —» 2F7/2, имеет максимумы в области 976 и 1030 - 1040 нм. Вблизи 975 нм поглощение конкурирует с люминесценцией, что требует создания высокой степени инверсии населенности для получения лазерной генерации. Для подавления генерации вблизи 1030 нм в экспериментах оптимизируется величина

поглощения накачки путем уменьшения диаметра внутренней оболочки световода с помощью применения стекол разного состава [4], либо световодов с микроструктурированной оболочкой [13, 14]. Перестройка лазеров осуществлялась в области 974 - 982 нм с помощью объемной дифракционной решетки, при этом мощность и ширина спектра генерации были < 1,5 Вт и ~ 0,5 нм, соответственно. Перестройка ИВЛ практически во всей области люминесценции ионов иттербия - с 975 до 1120 нм, была продемонстрирована в работе [15] при использовании активного световода с диаметром сердцевины ~ 80 мкм. Мощность генерации и ширина линии излучения в области менее 1 мкм достигали 25 Вт и 1 нм, соответственно.

Наиболее интенсивная полоса люминесценции неодимового волоконного лазера (НВЛ) лежит в области 1060 нм, что соответствует переходу 4Р3/2 —> 41ц/2- Реализация лазера с длиной волны 930 нм на оптическом переходе 4Р3/2 —> %/2 затруднена из-за конкуренции со стороны люминесценции вблизи 1060 нм. Для подавления длинноволновой люминесценции обычно используется специальный \¥-образный профиль показателя преломления сердцевины неодимовых волоконных световодов с двойной оболочкой [16 - 18]. Наибольшая мощность генерации ~ 2,4 Вт на X = 926 нм была получена в схеме с накачкой в два торца световода [18]. Мощность на краях диапазона генерации в такой схеме (908 и 942 нм) составляла 500 мВт. Максимальный диапазон перестройки НВЛ достигался при накачке в сердцевину и простирался с 896 до 940 нм [19]. К недостаткам описанных выше ИВЛ и НВЛ можно отнести применение объемных оптических элементов, требующих юстировки. Кроме того, используемая технология изготовления активных волоконных световодов с \¥-образным профилем показателя преломления не позволяет достичь требуемой точности и воспроизводимости. Поэтому, эти оптические источники пока не получили широкого распространения.

Область генерации непрерывных волоконных лазеров можно расширить с помощью оптических нелинейных эффектов, например,

генерации второй гармоники (ГВГ) или оптического параметрического процесса. В этом случае волоконный лазер выступает в качестве источника накачки, а преобразование длины волны проходит в объемных нелинейных кристаллах или специальных волоконных световодах. Так, в работе [20] с помощью удвоения частоты генерации перестраиваемого ИВЛ в кристаллах КТР получено излучение с плавной перестройкой в диапазоне 528 - 540 нм и мощностью до 450 мВт. Волоконные световоды с периодически наведенной нелинейностью позволяют разрабатывать полностью волоконные схемы лазера в видимом диапазоне. Однако это направление только развивается, поэтому продемонстрированные на данный момент результаты скромны: эффективность и мощность непрерывного излучения второй гармоники составляют всего 1,4х 10"4% и 0,3 мВт на длине волны 580 нм при накачке излучением висмутового волоконного лазера мощностью 3,3 Вт [21]. Авторы связывают низкую эффективность с достаточно широкой спектральной линией накачки и слабой наведенной нелинейностью в световоде. Параметрический процесс в оптических нелинейных кристаллах позволяет получить более широкую область перестройки излучения. Например, в работе [22] представлен оптический параметрический генератор с мощностью одночастотного излучения 400 - 800 мВт в диапазоне длин волн 860 - 1000 нм. Он содержит два кристалла MgO:sPPLT, в одном из которых генерируется излучение второй гармоники на длине волны 532 нм, во втором происходит параметрическое преобразование полученного зеленого света. Однако схема установки была довольно сложна и содержала много элементов, требующих подстройки.

Рассмотренные выше оптические источники обладают либо малой областью перестройки, либо сложной и объемной схемой, либо низкой выходной мощностью, либо высокой ценой. Альтернативой им могут служить волоконно-оптические параметрические генераторы (ВОПГ), основанные на процессе параметрического четырехволнового смешения

(ЧВС) в оптических световодах [23]. ВОПГ обладают большой областью перестройки; хорошим качеством генерируемой поперечной моды; компактностью, стабильностью и надежностью в использовании; возможностью интегрирования с волоконными системами. Следует отметить, что количество статей, посвященных разработке и исследованию этих оптических источников, увеличивается с каждым годом. Кроме того, непрерывный ВОПГ с перестройкой излучения в области 0,9 - 1 мкм смог бы объединить диапазоны генерации ИВЛ и НВЛ.

На рис. 1 изображена схема ВОПГ. Генератор включает в себя источник накачки, резонатор и нелинейный волоконный световод, в котором происходит параметрический процесс.

Волоконный световод

Накачка /

Стоксова волна Накачка

Антистоксова волна

резонатор

Рис.1. Схема ВОПГ.

Волоконные световоды изготавливают из изотропного кварцевого

(2) г->

стекла, в котором отсутствует нелинейность второго порядка х В этом случае нелинейные эффекты возникают за счет нелинейности третьего порядка Величина У3) в волоконных световодах меньше величины в объемных кристаллах, однако она компенсируется большой длиной взаимодействия и малой площадью моды излучения. Для преобразования оптической частоты используется процесс вырожденного по частоте накачки шр четырехволнового смешения (ЧВС), при котором два фотона накачки за счет нелинейн