Поляризационная динамика генерации иттербиевого волоконного лазера тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

На правах рукописи

ся якьвэнь

ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ ДИНАМИКА ГЕНЕРАЦИИ ИТТЕРБИЕВОГО ВОЛОКОННОГО ЛАЗЕРА

Специальность 01 04 21 - лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

003 15943Э

Москва 2007

003159439

Работа выполнена на кафедре оптики и спектроскопии физического факультета Московского Государственного университета им М В Ломоносова

Научный руководитель доктор физико-математических наук,

профессор

Наний Олег Евгельевич

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук,

Курков Андрей Семенович кандидат физико-математических наук, Морозов Вячеслав Борисович

Ведущая организация Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН

Защита состоится «23 » мая 2007г в 15 ч на заседании диссертационного совета Д 501 001 45 по физическим наукам при Московском Государственном университете им M В Ломоносова по адресу 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, дом 1, строение 2, научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д В Скобельцына МГУ им M В Ломоносова, 19 корпус НИИЯФ, ауд 2-15

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЯФ им ДВ Скобельцына МГУ им M В. Ломоносова

Автореферат разослан « 20 » апреля 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 501 001 45 доктор физико-математических нау

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы.

Итгербиевые волоконные лазеры, работающие в непрерывном и импульсно-периодическом режиме с модуляцией добротности при непрерывной накачке полупроводниковыми лазерными диодами, могут найти широкое применение в оптической связи, локации, медицине, обработке материалов и пр

Отметим, что получение генерации в импульсном режиме с микросекундной длительностью в обычных лазерах требует применения специальных систем отрицательной обратной связи или сложных алгоритмов включения добротности резонатора До 2002 года отсутствовали исследования динамики поляризации излучения итгербиевого волоконного лазера с двойной оболочкой Исследование поляризационной динамики излучения итгербиевого лазера, установление механизмов деполяризации излучения и их устранение имеют большое научное и практическое значение В частности, оптические передатчики с управляемой поляризацией позволяют увеличить дальность передачи информации в волоконно-оптических линиях связи Лазеры, генерирующие одновременно две ортогонально поляризованные моды повышают точность измерений и могут быть использованы для тестирования высокоскоростных фотоприемников

Изучение поляризационных свойств активных волоконных световодов имеет большое прикладное значение по нескольким причинам во-первых, поляризационные характеристики волоконных усилителей существенно влияют на качество рабогы волоконно-оптических линий связи (BOJIC), а во-вторых, они оказывают определяющее влияние на поляризационные характеристики волоконного лазера

В отличие от большинства волоконных лазеров, в которых наблюдается одновременная стационарная генерация двух ортогонально поляризованных мод [1,2], недавно в работе [3] был обнаружен режим самопроизвольного переключения поляризационных мод Однако механизм переключения в этой работе установлен не был

Экспериментально прямые измерения поляризационно-зависимых потерь в иттербиевом волоконном усилителе проводились лишь в одной работе [4] В данной работе был обнаружен аномальный эффект - отрицательная величина поляризационного зависимого насыщения (PDG) В неодимовых и эрбиевых усилителях наблюдается нормальное поведение PDG.

Таким образом, актуальность работы определяется следующим: S Потребностью в изучении механизма переключения поляризации в иттербиевых лазерах и необходимостью более детального исследования факторов, влияющих на переключение поляризации излучения S Потребностью в изучении характера формирования излучения в иттербиевом лазере при модуляции добротности

Потребностью в теоретическом обосновании аномальных поляризационных характеристик иттербиевого усилителя

Цель диссертационной работы состоит в установлении механизма самопроизвольного переключения поляризации иттербиевого волоконного лазера, разработке теоретической модели для описания поляризационных характеристики иттербиевого волоконного лазера и усилителя, экспериментальной реализации и теоретическом исследовании генерации гладких линейно поляризованных импульсов микросекундной длительности

Для достижения указанных целей были поставлены и решены следующие основные задачи:

V Исследование влияния мощности накачки, нагрева и длины активного световода на переключение поляризации иттербиевого волоконного лазера Обоснование физического механизма и построение теоретической модели явления самопереключения поляризации иттербиевого волоконного лазера с двойной оболочкой

Исследование поляризационно-зависимого насыщения усиления в итгербиевом волоконном усилителе и построение теоретической модели этого явления

^ Получение линейно поляризованных гладких микросекундных импульсов в итгербиевом волоконном лазере с двойной оболочкой Достоверность полученных результатов обеспечена тщательностью проведения экспериментов с использованием современного экспериментального оборудования, применением компьютерной обработки результатов измерений, совпадением результатов численного моделирования с экспериментальными данными и корректным выбором физической и математической модели, используемой в численном эксперименте

Научная новизна диссертационной работы.

1 Разработана теоретическая модель, объясняющая механизм переключения поляризации иттербиевого волоконного лазера

2 Детально исследованы поляризационные характеристики иттербиевого волоконного лазера, определены области существования различных динамических режимов генерации

3 Объяснена причина аномальных поляризационных свойств иттербиевых волоконных усилителей

4 Определены условия получения гладких линейно поляризованных импульсов микросекундной длительности в иттербиевых волоконных лазерах

Практическая ценность диссертационной работы определяется следующим

-ф- Установление механизма переключения поляризации может быть использовано для разработки волоконных лазеров с управляемой

поляризацией излучения Такие лазеры могут найти многочисленные применения в оптической связи, медицине и диагностике -у- Реализованная конфигурация импульсного лазера может быть использована для применения в медицине и дистанционной диагностики воздушных и водных сред

Основные защищаемые положения;

1 Теоретическое объяснение режима переключения поляризации в итгербиевом волоконном лазере

2 Установление физического механизма аномальных поляризационных свойств итгербиевого волоконного усилителя

3 Результаты изучения поляризационных характеристик иттербиевых волоконных лазеров и усилителей

4 Условия получения режима генерации гладких микросекундных импульсов с линейной поляризацией излучения на основе итгербиевого волоконного лазера

Личный вклад автора. Все экспериментальные результаты и результаты численных экспериментов получены лично автором

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на

1 III международной конференции молодых ученых и специалистов

«0птика-2003» Санкт-Петербург, 20-23 октября 2003г

2 XII международной конференции «Оптика лазеров 2006» (L0'2006),

Санкт-Петербург, 26-30 июня 2006г

3 5-ой всероссийской молодежной научной школе «Материалы нано-, микро-,

оптоэлектроники и волоконной оптики физические свойства и применение»

Саранск, 3-6 октября, 2006г

4 IXth International Conference on Laser and Laser-Information Technologies -

ILLA/LTL'2006, Smolyan, Bulgaria, October 4-7, 2006

5 Российском семинаре по волоконным лазерам, Новосибирск, 4-6 апреля, 2007

Полнота изложения материалов диссертации в опубликованных работах. Основное содержание работы опубликовано в 8 работах, включая 2 статьи в центральных периодических журналах, 6 тезисов в сборниках научных трудов и материалах конференций

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы Работа изложена на 93 страницах машинописного текста, вклюая 34 рисунка, 5 таблиц и список литературы в количестве 98 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, поставлена цель и сформулированы задачи исследования, изложены научная новизна и положения, выносимые на защиту Обоснована научная и практическая значимость работы

В первой главе диссертационной работы проведен обзор опубликованной литературы по волоконным лазерам и волоконным световодам, легированным ионами иттербия Подробно описаны спектральные свойства и структура энергетических уровней ионов иттербия в кварцевом волоконном световоде Рассмотрены основные методы модуляции добротности иттербиевого лазера Также рассмотрены поляризационные характеристики волоконных сведоводов

Во второй главе диссертационной работы приведены результаты экспериментальных исследований эффекта самопроизвольного переключения поляризации в иттербиевом волоконном лазере Изучено влияние нагрева, мощности накачки и длины активного световода на поляризационные характеристики иттербиевых волоконных лазеров

Исследования показали, что не зависимо от поляризации накачки в выходном излучении иттербиевого волоконного лазера, как правило, присутствуют две поляризационные моды Излучение этих мод поляризовано линейно во взаимно ортогональных плоскостях Средние мощности поляризационных мод монотонно увеличиваются с увеличением мощности накачки Зависимости средней выходной мощности разных мод от мощности накачки при комнатной температуре представлены на рис 1

—«— 120грао. ■ • 210град. / '

0,6 0,8 1,0 мощность о

(Ь) -•—120°

—•—21(Р у" .

гу

/ г

--- *ч*" .................... ,

0,0 0,4 0,8 12 16 2 0 мощность накачки Вт

Рис 1 Зависимости выходной мощности поляризационных мод иттербиевого лазера от мощности накачки для световода длиной 30м (а) и 20м (б)

При малых превышениях мощности накачки над порогом выходное излучение линейно поляризовано, при этом процесс имеет вид пичков В ограниченном диапазоне мощностей накачки реализуется режим самопроизвольных переключений между двумя ортогональными линейными

поляризациями излучения При дальнейшем увеличении накачки устанавливается режим стационарной генерации двух поляризационных мод

Типичная временная эволюция мощностей двух ортогональных линейно-поляризованных мод показана на рис 2а Как видно из приведенного рисунка, генерация в каждый момент времени осуществляется преим>щественно на одной поляризационной компоненте Через нерегулярные промежутки времени происходит переключение генерации с одной поляризационной моды на другую Затем, через некоторый период времени вновь происходит переключение на первоначальную поляризационную моду При фиксированной мощности накачки период между двумя последовательными переключениями изменяется случайно, но среднее время между переключениями сохраняется С увеличением мощности накачки средний период переключений уменьшается, соответствующая экспериментальная зависимость приведена на рис 3

время (мс) время (мс)

Рис 2 Временная эволюция мощности излучений двух ортогонально линейно-поляризованных мод (а) экспериментально, (б) теоретически

Как показали экспериментальные исследования, в лазере с активным элементом длиной 10м наблюдается двухмодовая генерация, переключения поляризации нет, при большой длине (20м /30м) наблюдается режим переключения поляризаций С увеличением длины световода размер области переключения поляризации увеличивается, причем, порог генерации также растёт В таблице 1 представлены области переключения поляризации в иттербиевых волоконных лазерах разных длин (Юм,20м,30м) при комнатной температуре

(отп ед )

Рис 3 Теоретические и экспериментальные зависимости периода переключения поляризации от мощности накачки

Таблица 1 Область переключения поляризации в иттербиевых волоконных лазерах

Длина волокна Порог накачки Область переключения

Юм 0,18Вт -

20м 0,3 5Вт 0,55-№т

30м 0,55Вт 0,6- >1,4Вт

Влияние температуры в диапазоне от 23 до 60°С иллюстрирует таблица 2 Из таблицы 2 следует, что с увеличением температуры порог генерации увеличивается, и область переключении поляризации тоже увеличивается и сдвигается в сторон)' больших мощностей накачки

Таблица 2 Состояние генерации УЬ-волоконного лазера при разных температурах

Температура (°С) Порог накачки (Вт) Область одномодовой генерации (Вт) Р8 режим (Вт) Область двухмодовой генерации (Вт)

23 0 35 0 35-0 6 0 65-1 1 >1 1

36 0 35 0 35-0 65 0 7-1 1 >1 1

40 0 35-0 4 0 35-0 7 0 75-1 2 >1 2

49 04 0 4-0 75 0 8-1 2 >1 2

55 04 0 4-0 75 0 8-12 >1 2

59 0 4-0 45 0 4-0 8 0 85-1 3 >1 3

На основании экспериментальных исследований было сделано предположение, что механизм переключения связан с поляризационно-зависимым насыщением поглощающей области активного волокна

Третья глава посвящена теоретическому исследованию динамики поляризации излучения иттербиевого волоконного лазера с двойной оболочкой Предложена теоретическая модель переключения поляризации иттербиевого волоконного лазера с двойной оболочкой, включающая в себя предположение о существовании поглощающей части волокна, и конкуренцию двух взаимно-ортогональных поляризованных состояний поля

Модель основана на допущении, что генерация происходит на двух поляризационных модах Моды поляризованы линейно в ортогональных плоскостях Они конкурируют подобно обычным продольным или поперечным модам через кросс-насыщение активной среды и, как было установлено в данной работе, через кросс-насыщение поглощающей части

Волоконный световод с накачкой в оболочку можно рассматривать как устройство, состоящее из двух частей «активной» (усилителя) и «пассивной части» (поглотителя) «Пассивная часть» световода играет роль отрицательной обратной связи или просветляющегося фильтра

С учетом поляризационно-зависимого насыщения поглощения нами получена система уравнений, учитывающая поляризационно-зависимое насыщение, как усиления, так и поглощения в иттербиевых волоконных лазерах

— = (х, Й,+(1-х,) /к,-1)/Д+<5 <1т

где 1„ 1=1,2 - нормированные интенсивности двух ортогональных линейно-поляризованных мод, соответственно, п, - нормированные коэффициенты усиления «активной» среды, ш, - нормированные коэффициенты поглощения «пассивной» среды, щ - средние ненасыщенные нормированные коэффициенты усиления «активной» среды, гп,0 - средние ненасыщенные нормированные коэффициенты поглощения «пассивной» среды, г - нормированное время, О, -параметры, равные отношению времени релаксации инверсной населенности к времени затухания поля соответствующих поляризованных мод в резонатор, £„ -коэффициенты 1фосс-/самонасыщения усиления, - коэффициенты

кросс-/самонасыщения поглощения, х, - отношение длины «активной» среды к длине резонатора, 5, - случайные функции, которые характеризуют вклад спонтанного испускания в излучение генерации

Параметры аш10, х, определяются из следующих выражений

= 02 ---(3)

0 2

А = ех^°'/кт), г0 = ¿ехр(-дЕ0, /кт), = ¿ехр(-м;/кт), (4)

¿2 1=1 1=1

где ¿Лплощадь сердцевины волоконного лазера, ¿/-площадь оболочки,

ор-поперечное сечение вынужденного перехода между уровнями накачки,

Л*",-концентрация ионов иттербия, ^-нормированное значение инверсии

населенности, /Зр-все нерезонансные потери накачки в активной среде,

/-нормированная интенсивность накачки, Ь - длина активной среды, ДЕ0,, ДЕ'01 -

разности энергии между подуровнями 1 и самым нижним подуровнем на каждой

из полос уровней 2¥цг и 2Р5/2, соответственно, Т -абсолютная температура,

¿-постоянная Больцмана

Рис 4 Фазовые диаграммы модели лазера, описываемой уравнениями (1) Рис 5 Пространственное распределение

в плоскости управляющих параметров инверсии населенности в отсутствие

А(=«10=«20) и а(=х>2=%1) при х=0,5, генерации в иттербиевом активном волокне

{п=&2=1, ?12=|21=0 95, тю=т20=-1, Хи=Х22=0 95

На рис 4 изображены фазовые диаграммы модели лазера, полученные путем численного решения уравнений (1) В области 1 устойчивы только стационарные нулевые решения В области 2 имеет место генерация одной поляризации, процесс имеет вид пичков, следующих через примерно одинаковые промежутки времени, но с хаотически меняющейся амплитудой Выбор конкретного решения зависит от исходных параметров. В области 3 имеет место явление переключения поляризации При фиксированной мощности накачки период между двумя последовательными переключениями не изменяется С увеличением мощности накачки период переключений уменьшается (рисЗ) Отметим, что если в системе уравнений (1) учитывать вклад спонтанного испускания в излучение генерации, то период между двумя последовательными переключениями изменяется случайно (рис 26) В области 4 реализуется стационарная двухмодовая генерация

На рис 5 приведено теоретическое пространственное распределение инверсии населенности в отсутствие генерации излучения в иттербиевом волоконном лазере при разных мощностях накачки и при комнатной температуре Численный эксперимент показывает; что с увеличением мощности накачки усиливающая область волокна увеличивается, а поглощающая область световода уменьшается Поэтому при достаточно больших мощностях накачки режимы переключений не наблюдаются и устанавливаются стационарные двунаправленные режимы генерации

На рис б показана теоретическая зависимость коэффициента поглощения от

мощности накачки при разных температурах Как видно из рисунка 6, при увеличении температуры увеличивается поглощение в «пассивной» части волокна, что приводит к уменьшению среднего коэффициента усиления и увеличению порога генерации В то же время увеличивается область переключения поляризации

Рис 6 Теоретическая зависимость коэффициентов поглощения от мощности накачки при разных температурах

Рис 7 Теоретическая зависимость коэффициентов поглощения т,о от мощности накачки при разных дайнах волокна Штриховкой выделены области переключения поляризации

На рис 7 изображена зависимость нормированного поглощения т,0 от мощности накачки при разных длинах волокна Цветом выделены области параметров, соответствующие режиму переключения поляризации При комнатной температуре в лазере с активным элементом длиной 10м режима переключений не наблюдается При длине 20м режим переключение поляризации существует в ограниченной области накачек Размер области накачек увеличивается в лазере длиной 30м

Таким образом, разработана теоретическая модель, учитывающая поляризационно-зависимое насыщение, как усиления, так и поглощения в итгербиевых волоконных лазерах С ее помощью исследованы поляризационные характеристики излучения иттербиевого лазера при различных значениях параметров (длины световода, мощности накачки, температуры) Получено качественное и количественное согласие между теоретическими и экспериментальными результатами

В четвертой главе проведено исследование поляризационно-зависимош насыщения усиления в иттербиевом волоконном усилителе Определены условия поляризационной нечувствительности такого усилителя

Величину поляризационно-зависимого насыщения усиления (PDG) можно измерять в относительных единицах

G„

где коэффициент усиления определяется выражениями

41 // X

Из-за различия коэффициента самонасыщения в «активной» и «пассивной» частях световода выходной сигнал 101И определяется таким образом.

'/Л (*>=Н

n *

■a, N, AV(z) 1Я

+ L,

до/с

AN(z) N, WO^

H L x ^ ^oul // ±(г ^насыщ // X

где ffr поперечное сечение вынужденного перехода между лазерными уровнями, Imity/J.- нормированные интенсивности параллельной и ортогональной частей поляризации, соответственно, /„жыч//^,/',исыэд//^-нормированные интенсивности насыщения параллельной и ортогональной частей поляризации в «активной» части и «пассивной» части световода, соответственно, точка х разделяет волокно на две части «активную» и «пассивную» Их значения определяются из выражений (2), (3), (4)

На рис 8 показаны теоретические и экспериментальные зависимости PDG от коэффициента усиления в иттербиевом волоконном усилителе в случае, когда длина усилителя L равна 10м Из-за наличия перепоглощения при маленькой мощности накачки в иттербиевом усилителе коэффициент усиления может ю и го быть ниже ОдБ [4] Причем насыщение Усиление, дБм усиления приводит к положительному

Рис 8 PDG в иттербиевом значению PDG, а насыщение поглощения волоконном усилителе проводит к отрицательному значению

PDG Именно наличие сильного поглощения в иттербиевых усилителях объясняет аномальный эффект - отрицательное значение поляризационного зависимого насыщения (PDG) - при положительном коэффициенте усилении С увеличением мощности накачки увеличивается длина «активной» части усилителя и сокращается длина «пассивной» части усилителя, поэтому величина PDG становится положительной при большом усилении

Как следует из рис 8, при заданных длине усилителя и мощности входного излучения существуют условия, при которых PDG=0, т е усилитель оказывается поляризационно нечувствительным

При постоянной температуре поляризационную нечувствительность можно обеспечить только для взаимосвязанных значений усиления и мощности входного сигнала На рис 9 приведена найденная теоретически взаимосвязь между

усилением и мощностью входного сигнала, обеспечивающая поляризационную нечувствительность усилителя (РВО=0(дБ))

входная мощность, дБм

10 15 20 25 входная мощность дБм

Рис 9 Связанные значения усиления и входной мощности в итгербиевом волоконном усилителе, обеспечивающие поляризационную нечувствительность усилителя

Рис 10 Взаимосвязь между усилением, температурой и входным сигналом при РВС=0 [дБ] и при заданной мощности накачки

температура, фад. температура, град.

Рис 11 Зависимость усиления и PDG от температуры в итгербиевом волоконном усилителе при определенной входной мощности излучения и различных мощностях накачки

На рис 10 показаны результаты расчета взаимосвязи усиления и мощности входного сигнала при PDG=0(zi;B) и при заданной мощности накачки, а температура подбиралась Из результатов расчета следует, что при условии поддержания поляризационной нечувствительности с увеличением температуры необходимая входная интенсивность растет, а усиление снижается

На рис 11 показаны результаты расчета зависимости усиления и PDG от температуры в итгербиевом волоконном усилителе при заданной вводимой мощности излучения и различных мощностях накачки Из результатов расчета следует, что при незначительной мощности накачки с увеличением температуры

значение усиления и величина PDG резко снижаются Когда температура превосходит некоторое значение при положительном усилении, получается отрицательное значение PDG А при высокой мощности накачки с увеличением температуры величина PDG изменяется незначительно

В пятой главе приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований режима активной акустооптической модуляции добротности итгербиевого волоконного лазера с двойной оболочкой Осуществлен импульсно-периодический режим генерации гладких микросекундных импульсов с линейной поляризацией излучения

Схема экспериментальной

Л-"" 8 установки приведена на рис 12 Выходной конец волоконного световода оканчивался просветленной градиентной линзой Измерения показали, что расходимость излучения после градиентной линзы составила 0,003 рад, что значительно меньше апертуры волоконного световода, равной 0,17 рад

Между градиентной линзой (4) и внешним зеркалом (6) располагался акустооптический модулятор (АОМ), содержавший кварцевую пластину, в которой возбуждалась акустическая волна на частоте 50 МГц в импульсно-периодическом режиме с регулируемой частотой и скважностью импульсов (диапазон частот от 15 до 50кГц) Время включения и выключения модулятора составляло 0,1 мкс

На рис 13 представлена типичная осциллограмма импульсов в режиме модуляции добротности Рр^е Измерения показали, что длительность импульса генерации составляла 2 мкс

Время задержки импульса г<и зависит от промежутка времени, в течение которого АОМ выключен На рис 14 приведен соответствующий график Из него видно, что задержка меняется в пределах 10 5-175 мкс

На рис 15 приведена экспериментально полученная зависимость отношения Ppuiss/Pcont от частоты (Ppuise - максимальная импульсная мощность в режиме модуляции добротности при непрерывной накачке, Р^ш - мощность генерации лазера в непрерывном режиме без внешнего зеркала при той же накачке) Из рис 15 следует, что в диапазоне частот от 15 до 50 кГц пиковая мощность импульса, которая по нашим оценкам составляла 0 5 Вт, может быть увеличена в 5 -15 раз по сравнению с мощностью исходного лазера в непрерывном режиме

Анализ полученных результатов проводился на основе известных кинетических уравнений с учетом особенностей установки

Т-!---

---и

Рис 12 Оптическая схема установки

1 Полупроводниковый лазер(Х=978 нм)

2 Брэгговская решетка 3 Активное волокно (30 м) 4 Градиентная линза 5 АОМ 6 Зеркало 7-8 Фотоприемник

ар

л

со

где /3- усредненное по длине активного образца значение коэффициента усиления, х=1¥М'р -отношение скорости накачки к пороговому значению скорости накачки, /З^-пороговое значение коэффициента усиления, а-поперечное сечение вынужденного перехода между лазерными уровнями, т- время релаксации верхнего уровня, Ф- усредненное по длине резонатора число фотонов, член, характеризующий спонтанное излучение, е"2<Л'--потери излучения волоконного лазера при двойном обходе резонатора, V-эффективный объем моды резонатора, ¿-длина резонатора -

коэффициент отражения составного выходного отражателя В общем случае меняется во времени по следующему закону л(()=(Д"+Д" ту, где Л; - коэффициент отражения от торца градиентной линзы, Яг-коэффициент отражения,

определяемый внешним зеркалом и параметрами АОМ, Т(0 - функция изменения состояния АОМ Она аппроксимировалась следующим выражением

Рис 13 Временные зависимости порога генерации (кривая 1) и коэффициента усиления (кривая 2) (а) и осциллограммы импульсов (теоретическая (б) и экспериментальная (в)) Период цикла работы АОМ Т= 40 4 мкс, длительность выключенного состояния АОМ т = 16 8 мкс, ток накачки полупроводникового лазера I = О 74 А">

г(<)=

Т2 +

т„ т„

1 I, тгй-тТ-0 5т. —{1 + яп—-!

тТ&ктТ + т, тТ + т, ¿КшТ + г тТ + 1<к тТ + т + тг тТ + т + г, <г <(т + 1)Г

f кГц

Рис 14 Зависимость задержки импульса Т(1е| от длительности выключенного состояния АОМ т

Теоретические оценки и экспериментальные измерения

показали, что при включенном АОМ потери на двойной проход составляют 80% (в прямом и обратном направлении) При этом пороговая мощность накачки возрастала в 1,5 раза, а добротность резонатора

соответственно уменьшалась

Для того чтобы получить устойчивый режим работы лазера, необходимо, чтобы коэффициент усиления в промежутке между двумя импульсами не достиг пороговой величины для лазера с низкой добротностью (при включенном АОМ)

Теоретические вычисления дают значение длительности импульса 2,1 мкс, что удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными 2мкс В качестве примера на рис 15 представлены расчетно-полученные изменения во времени коэффициента усиления (рис 13а(2)) и импульса генерации (рис 136)

Рис 15 Зависимость отношения Рсом от частоты модуляции Для получения максимальной импульсной мощности подбирался оптимальный ток накачки

60

20

о 200

150

о 180

120

60

(а)

(б)

(в)

100

200

время, мкс

300

400

Рис 16 Осциллограммы импульсов при периоде модуляции Т=45мкс и времени выключении АОМ 7=9мкс, накачке 1=0,56А (а),0,65А (Ь),0,9А (с)

При увеличении длительности выключенного состояния АОМ величина превышения накачки над порогом уменьшается, что и приводит к увеличению задержки импульса

Микросекундная длительность получена благодаря использованию длинного (¿=30м) резонатора

Кроме того, для получения высокостабильных импульсов генерации необходимо согласовывать период модуляции и мощность накачки Если уменьшить мощность накачки, то период следования импульсов становится меньше периода модуляции в 2 или 3 раза Это иллюстрирует рис 16

В Заключении сформулированы следующие основные результаты диссертационной работы

1 Впервые установлен физический механизм и построена теоретическая модель явления переключения поляризации итгербиевош волоконного лазера с двойной оболочкой Механизм состоит в сильной конкуренции поляризационных мод из-за поляризационно-зависимого насыщения поглощения

2 Экспериментально и теоретически исследована поляризационная динамика итгербиевош волоконного лазера с двойной оболочкой Показано, что поляризационные свойства иттербиевых волоконных лазеров зависят от мощности накачки, температуры и длины активного волокна В коротких лазерах (менее Юметров) наблюдается сиационарная генерация двух поляризационных мод В длинных лазерах (>20метров) при умеренных накачках реализуется режим переключения поляризационных мод При увеличении мощности накачки выше некоторого критического значения устанавливается стационарная генерация двух поляризационных мод

3 Впервые установлен физический механизм аномальных поляризационных свойств иттербиевых волоконных усилителей Определены условия получения поляризационно-нечувствительного усиления

4 Впервые экспериментально реализован и исследован импульсно-периодический режим генерации гладких длинных импульсов (2мкс) в иттербиевом волоконном лазере с двойной оболочкой в диапазоне частот 15-50кГц На основе численного моделирования определены условия получения периодической последовательности линейно поляризованных микросекундных импульсов при непрерывной накачке полупроводниковым лазером

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Ya I Khanxn, Principles of laser dynamics Amsterdam, North-Holland, 1995

2 L Stepien, I Razdobreev, P Suret, S Randoux, J Zemmoun, Polarization in Yb-doped double-clad fiber laser, LAT, Technical digest, QSuR54 2002

3 В Г Воронин, О Е Наний, А Н Туркии, А С Курков и др, "Поляризационная спектральная динамика генерации итгербиевого волоконного лазера" Вестник Московского университета Серия 3, № 2, (2002), сс 46-49

4 Р WeBels and С Fallnich, "Polarization dependent gam in neodymium and ytterbium doped fiber amplifiers", Optics Express Vol 11 № 6,2003

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 В Г Воронин, ОЕ Наний, Я В Ся, А В Вуколов, "Активная модуляция добротности итгербиевого волоконного лазера с двойной оболочкой" Труды III международной конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2003» Санкт-Петербург, 20-23 октября 2003г, с 326

2 В Г Воронин, О Е Наний, Я В Ся, А В Вуколов, В И Хлыстов, "Генерация гладких микросекундных импульсов в итгербиевом волоконном лазере" Вестник Московского университета Серия 3, № 5, (2005), сс 35-38

3 Я В Ся, В Г Воронин, Г Ван, "Влияние нагрева на переключение поляризации излучения итгербиевого волоконного лазера с двойной оболочкой" Сборник трудов пятой Всероссийской молодежной научной школы «Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики физические свойства и применение» Саранск, 3-6 октября 2006г, с 150

4 Я В Ся, О Е Наний, В ГВоронин, "Механизм самопроизвольного переключения поляризации в итгербиевом волоконном лазере" Сборник трудов пятой Всероссийской молодежной научной школы «Материалы нано-, микро-, оптоэлектроники и волоконной оптики физические свойства и применение» Саранск, 3-6 октября 2006г с 151

5 V G Voronin, Y V Sya, О Е Nana, "Mechanism of Spontaneous Polarization Switching in Ytteibium Doped Fiber Laser" Proceedings of International Conference Laser Optics, L02006, St -Petersburg, 26-30 June 2006, ThRl, cc 34

6 О E Nann, Y V Sya, V G Voronin, "Polarization-dependent gam saturation in ytterbium doped fiber lasers and amplifiers", Technical digest ILLA/LTL'2006 Smolyan, Bulgaria 4-7 October, 2006, p 89

7 В Г Воронин, Я В Ся, О Е Наний, В И Хлыстов, "Механизм самопроизвольного переключения поляризации в итгербиевом волоконном лазере" Квантовая электроника, 37, № 4, (2007) сс 339-342

8 О Е Наний, Я В Ся, «Поляризационные характеристики иттербиевых лазеров и усилителей» Труды Российского семинара по волоконным лазерам, Новосибирск, 4-6 апреля 2007г, с 48

Подписано в печать 13 04 2007 Формат 60x88 1/16. Объем 1 25 п.л. Тираж 100 экз Заказ № 644 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119992 г Москва, Ленинские горы, д 1 Главное здание МГУ, к А-102

Введение

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Волоконные лазеры.

1.2. Поляризационные характеристики волоконных лазеров и усилителей.

1.3. Исследование режима модуляции добротности волоконных лазеров.

1.4. Иттербиевые волоконные лазеры.

1.5. Постановка задачи

Глава.2. Экспериментальное исследование поляризационной динамики излучения иттербиевого волоконного лазера с двойной оболочкой.

2.1. Экспериментальная установка.

2.1.1. Структура иттербиевого волокна.

2.1.2. Схема экспериментальной установки.

2.2. Экспериментальное исследование поляризации излучении волоконного лазера.

2.2.1. Влияние мощности накачки

2.2.2. Влияние длины световода, легированного ионами УЬ

2.2.3. Влияние нагрева на переключение поляризации излучения иттербиевого волоконного лазера с двойной оболочкой

2.3. Выводы.

Глава.З. Теоретическое исследование поляризационной динамики излучения иттербиевого волоконного лазера с двойной оболочкой.

3.1. Феноменологическая модель волоконного лазера с двумя ортогонально линейно-поляризованными модами.

3.1.1. Стационарное распределение населенности в отсутствие лазерного излучения в иттербиевом волоконном лазере.

3.1.2. Пространственное распределение интенсивности накачки в отсутствие лазерного излучения в иттербиевом волоконном лазере.

3.2. Сравнение экспериментальных и теоретических результатов.

3.3. Выводы

Глава.4. Поляризационные характеристики иттербиевого волоконного усилителя.

4.1. Теория поляризационной чувствительности волоконного усилителя.

4.2. Расчет поляризационно-нечувствительного усилителя.

4.2.1. Условие поляризационной нечувствительности.

4.2.2. Использование нагрева для получения поляризационной нечувствительности.

4.3. Выводы

Глава.5. Генерация гладких микросекундных импульсов в иттербиевом волоконном лазере с двойной оболочкой.

5.1. Экспериментальная установка

5.2. Результаты эксперимента

5.3. Динамические уравнения модуляции добротности иттербиевого волоконного лазера с двойной оболочкой.

5.4. Анализ и обсуждение результатов

5.5. Выводы

Волоконными называются лазеры, активной средой которых являются волоконные световоды, легированные ионами ряда редкоземельных элементов, главным образом Ш3+, Ег3+, УЬ3+, и др([1,2]. Одним из направлений современной лазерной физики является разработка и исследование волоконных лазеров.

Волоконные лазеры, как представители третьего поколения лазерной техники, обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными лазерами, к числу которых относятся следующие: эффективный теплоотвод; эффективность накачки; высокие стабильность и надежность лазера; компактность и малый вес. Эти преимущества позволяют волоконным лазерам не только находить свою нишу в ряде применений, но и в некоторых случаях заменять традиционные лазеры.

Впервые волоконный лазер был реализован Снитцером в 1961 году, когда была продемонстрирована лазерная генерация в стекле, легированном ионами Ш3+ [3]. Создание и бурный прогресс современных высоко-эффективных и компактных волоконных лазеров связаны с развитием технологии получения волоконных световодов и с появлением мощных полупроводниковых источников накачки, которые стимулируются бурным развитием волоконно-оптической связи. Последнее обстоятельство стало решающим фактором в разработке и промышленном производстве долгоживущих и высокоярких лазерных диодов и целого набора специальных волоконных световодов. Среди них - световоды, легированные редкоземельными элементами.

Впервые волоконный световод, легированный ионами эрбия, в качестве волоконных усилителей сигнала на длинах волн в диапазоне 1,53-1,56мкм, был продемонстрирован Д.Пэйном в 1987 году [4]. Эрбиевый волоконный усилитель (ЕБРА) обладает сочетанием уникальных свойств (непосредственное усиление оптических сигналов, без их преобразования в электрические сигналы и обратно; возможность одновременного усиления сигналов с различными длинами волн; низкий уровень шума; минимальные оптические потери световодов на основе кварцевого стекла [5]), обеспечивающих быстрое их внедрение в системы дальней связи.

Разработка и применение волоконных усилителей позволили перейти к созданию нового поколения волоконно-оптических линий связи. Это привело к использованию специальных волоконных световодов в качестве активной среды лазеров. Кроме того, исследования в области волоконно-оптических усилителей послужили толчком для совершенствования полупроводниковых источников накачки.

В последнее десятилетие технология накачки в оболочку революционизировала волоконный лазер, увеличив выходную мощность с величины менее 1Вт при традиционной накачке в сердцевину до величины 100Вт [6], и даже более, до величины примерно 1кВт [7-14]. Очевидно, для того чтобы дальше повысить выходную мощность, нужно оптимизировать все элементы волоконного лазера и системы накачки. Это особенно верно в тех случаях, когда требуется одномодовое лазерное излучение. В основе таких устройств лежит использование волоконных световодов с двойной оболочкой и сердцевиной, легированной активной примесью ряда редкоземельных элементов. Наиболее распространенной легирующей добавкой для таких световодов являются ионы иттербия УЬ3+ и неодима Ш3+.

Впервые волоконный лазер, легированный ионами иттербия, был продемонстрирован Етезелом в 1962 году [15], но сначала внимание исследователей было обращено на лазеры с примесью ионов Ш3+. Дело в том, что неодимовый волоконный усилитель (МОБА) работает по четырехуровневой схеме, а иттербиевый волоконный усилитель (УБРА) - по трёх- или квазитрёхуровневым схемам. Однако, УБРА обладает более высокой эффективностью преобразования электрической энергии в оптическое излучение и наибольшей выходной мощностью. Поэтому в настоящее время УБРА наиболее привлекательны для практического применения.

Итгербиевые волоконные лазеры представляют большой практический интерес не только как самостоятельные источники лазерного излучения, но и как мощные источники накачки для ВКР-лазеров [16] и усилителей [17,18], в частности, для накачки двухволновых ВКР-источников [19].

Волоконные лазеры, работающие в импульсно-периодическом режиме с модуляцией добротности при непрерывной накачке полупроводниковыми лазерными диодами, также могут найти широкое применение в оптической связи, локации, медицине, обработке материалов и пр.[20].

Волоконные лазеры отличаются от лазеров с объёмными резонаторами существенно большей длиной резонатора, достигающей десятков метров. Это определяет большое время затухания поля в резонаторе и некоторые особенности динамики генерации. Большая длина резонатора позволяет реализовать в волоконных лазерах импульсные режимы генерации с относительно большой длительностью импульсов. Отметим, что получение генерации в импульсном режиме с микросекундной длительностью в обычных лазерах требует применения специальных систем отрицательной обратной связи или сложных алгоритмов включения добротности резонатора.

Следует отметить, что до 2002 года отсутствовали исследования динамики поляризации излучения иттербиевого волоконного лазера с двойной оболочкой. Исследование поляризационной динамики излучения иттербиевого лазера помимо чисто научной цели - изучения нового класса сложных динамических систем, имеет сугубо практическое значение: установление механизмов деполяризации излучения и их устранение, т.к. разработка волоконных лазеров большой мощности с линейно поляризованным выходным излучением позволяет увеличить эффективность работы ВКР-преобразователей и усилителей.

Поляризационные свойства активных волоконных световодов оказывают существенное влияние на поляризацию выходного излучения [21]. Изучение поляризационно-зависимого насыщения имеет большое прикладное значение по нескольким причинам: во-первых, поляризационные характеристики волоконных усилителей существенно влияют на качество работы волоконнооптических линий связи (BOJIC), а во-вторых, они оказывают определяющее влияние на поляризационные характеристики волоконного лазера.

В отличие от большинства волоконных лазеров, в которых наблюдается одновременная стационарная генерация двух ортогонально поляризованных мод [21,22,23], недавно в работе [24] был обнаружен режим самопроизвольного переключения поляризационных мод. Однако механизм переключения в этой работе установлен не был.

Экспериментально прямые измерения поляризационно-зависимого насыщения усиления в иттербиевом волоконном усилителе проводились лишь в одной работе [24]. В данной работе был обнаружен аномальный эффект -отрицательная величина поляризационно-зависимого насыщения (PDG). В неодимовых и эрбиевых усилителях наблюдается нормальное поведение PDG [24,25].

Таким образом, актуальность работы определяется следующим:

Потребностью в изучении механизма переключения поляризации в иттербиевых лазерах и необходимостью более детального исследования факторов, влияющих на переключение поляризации излучения.

Потребностью в теоретическом обосновании аномальных поляризационных характеристик иггербиевого усилителя.

Потребностями в изучении характера формирования излучения в иттербиевом лазере при модуляции добротности.

Цель диссертационной работы состоит в установлении механизма самопроизвольного переключения поляризации иттербиевого волоконного лазера; разработке теоретической модели для описания поляризационных характеристики иттербиевого волоконного лазера и усилителя; и экспериментальной реализации и теоретическом исследовании генерации гладких линейно поляризованных импульсов микросекундной длительности.

Достоверность полученных результатов обеспечена тщательностью проведения экспериментов с использованием современного экспериментального оборудования, применением компьютерной обработки результатов измерений, совпадением результатов численного моделирования с экспериментальными данными и корректным выбором физической и математической модели, используемой в численном эксперименте. Научная новизна диссертационной работы:

1. Разработана теоретическая модель, объясняющая механизм переключения поляризации иттербиевого волоконного лазера.

2. Детально исследованы поляризационные характеристики иттербиевого волоконного лазера, определены области существования различных динамических режимов генерации.

3. Объяснена причина аномальных поляризационных свойств иттербиевых волоконных усилителей.

4. Определены условия получения гладких линейно поляризованных импульсов микросекундной длительности в иттербиевых волоконных лазерах.

Практическая ценность диссертационной работы определяется следующим:

Установление механизма переключения поляризации может быть использовано для разработки волоконных лазеров с управляемой поляризацией излучения. Такие лазеры могут найти многочисленные применения в оптической связи, медицине и диагностике.

Реализованная конфигурация импульсного лазера может быть использована для применения в медицине и дистанционной диагностики воздушных и водных сред.

Личный вклад автора. Все экспериментальные результаты и результаты численных экспериментов получены лично автором.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения: В главе 1 проведен обзор опубликованной литературы по волоконным лазерам и волоконным световодам, легированным ионами иттербия. Подробно описаны спектральные свойства и структура энергетических уровней ионов иттербия в кварцевом волоконном световоде. Рассмотрены основные методы

Основные результаты диссертации состоят в следующем:

1. Впервые установлен физический механизм и построена теоретическая модель явления переключения поляризации иттербиевого волоконного лазера с двойной оболочкой. Механизм состоит в сильной конкуренции поляризационных мод из-за поляризационно-зависимого насыщения поглощения.

2. Экспериментально и теоретически исследована поляризационная динамика иттербиевого волоконного лазера с двойной оболочкой. Показано, что поляризационные свойства иттербиевых волоконных лазеров зависят от мощности накачки, температуры и длины активного волокна. В коротких лазерах (менее Юметров) наблюдается сиационарная генерация двух поляризационных мод. В длинных лазерах (>20метров) при умеренных накачках реализуется режим переключения поляризационных мод. При увеличении мощности накачки выше некоторого критического значения устанавливается стационарная генерация двух поляризационных мод.

3. Впервые установлен физический механизм аномальных поляризационных свойств иттербиевых волоконных усилителей. Определены условия получения поляризационно-нечувствительного усиления.

4. Впервые экспериментально реализован и исследован импульсно-периодический режим генерации гладких длинных импульсов (2мкс) в иттербиевом волоконном лазере с двойной оболочкой в диапазоне частот 15-50кГц. На основе численного моделирования дано объяснение основных закономерностей исследованного режима генерации при непрерывной накачке полупроводниковым лазером.

В заключение автор благодарит сотрудников лаборатории волоконной оптики кафедры оптики и спектроскопии физического факультета Московского

Государственного университета им. М.В.Ломоносова, без взаимодействия и сотрудничества, с которыми эта работа не была бы проделана. Отдельно хотелось бы выразить благодарность моему руководителю Наний Олегу Евгеньевичу, а так же Воронину ВладимируГригоьевичу, Хлыстову Владимиру Ивановичу за выбор научного направления и постоянную поддержку во время работы. Важную роль в работе сыграла поддержка зав. кафедрой оптики и спектроскопии Михайнина В.В. Так же хотелось бы отметить вклад в работу Вуколова A.B., Величко М.А., Ван Гэ, а так же других сотрудников и поблагодарить их за плодотворное сотрудничество.

Заключение

1. J.Swiderski, A.Zajac, M.Skorczakowski, Z.Jankiewicz, P.Konieczny. "Rare-earth-doped high-power fiber lasers generating in near infrared range", Opto-Electron. Rev., 12, №.2,169 (2004).

2. А.С.Курков, Е.М.Дианов, "Непрерывные волоконные лазеры средней мощности", Квант, электроника, 34, № 10, 881 (2004).

3. E.Snitzer, "Proposed fiber cavities for optical masers," Journal of Applied Physics, Vol. 32, №.1,36 (1961).

4. R.J.Mears, L.Reekie, I.M.Jancie, and D.N.Payne, "High-gain rare-earth doped fiber amplifier at 1.54|xm", Proc. Of Optical Fiber Communication Conference, Vol.3, 1987 OSA Technical Digest Series, (Optical Society of America, Washington) p.167.

5. А.С.Курков, О.Е.Наний, "Эрбиевые волоконно-оптические усилители", Lightwave. Russion Edition, №.1, 14 (2003).

6. V.Dominic, S.MacCormack, R.Waarts, "110W fiber laser", Electronics letters, Vol.35,N0.14, 1158(1999).

7. K.-I.Ueda, H.Sekiguchi, and H.Kan, "lkW cw output from fiber embedded disk lasers", Proc. Conference on Laser and Electro-Optics, LongBeach, USA, 2002, Postdeadline paper CPDC4.

8. Y.Jeong, J.K. Sahu, D.N.Payne, J.Nisson, "Ytterbium-doped large-core fiber laser with 1.36kW of continuous-wave output power", Opt. Exp., Vol. 12 №.25, 6088 (2004).

9. A.Liem, J.Limpert, H.Zellmer, A.Tunnermann, V.Reichel, K.Mori, "1.3Kw Yb-doped fiber laser with excellent beam quality", Laser and Electro-Optics, Vol.2, 2004, CPDD2.

10. V Gapontsev, V Fomin, A Ount, I Samartsev, "100-kW ytterbium fiber laser",

11. SPIE-The international Society for Optical Engineering, 2003.

12. Ya-Xian Fan, Fu-Yun Lu, Shu-Ling Hu, Ke-Cheng Lu, Hong-Jie Wang, Xiao-Yi Dong, Guang-Yin Zhang, "105-kw peak-power double-clad fiber laser", Photonics Technology Letters, IEEE, Vol.15, №.5,.653 (2003).

13. Е.М.Дианов, И.А.Буфетов, "Волоконные лазеры новый прорыв в лазерной физики", Lightwave. Russion Edition, №.4,44 (2004).

14. Е.М.Дианов, "Волоконные лазеры", Конференции и Симпозиумы, Т. 174, №.10, 1139(2004).

15. Johan Nilsson, Jayanta К. Sahu, Yoonchan Jeong, "High power fiber lasers: New developments", Proc. of SPIE Vol. 4974,50 (2003).

16. H.W.Etzel, H.W.Gandy and RJ.Ginther, "Stimulated emission infrared radiation from ytterbium-activated silicate glass," Appl. Optics Vol.1,534 (1962).

17. А.С.Курков, Е.М.Дианов, В.М.Парамонов и др. "Мощные волоконные ВКР-лазеры в диапазоне 1,22-1,34мкм". Квант, электроника, том 30, 791 (2000).

18. А.С.Курков, В.М.Парамонов, О.Н.Егорова, "Волоконный ВКР-усилитель на длину волны 1,65мкм", Квант, электроника, том 32, №. 8, 747 (2002).

19. Е.М.Дианов, Д.Т.Фурса, А.А.Абрамов, и др "Волоконно-оптический ВКР-усилитель сигналов на длине волны 1,3мкм", Квантовая электроника, том 21,No.9, 807 (2002).

20. В.М. Парамонов, А.С. Курков, О.И. Медведков, "Двухволновый волоконный Рамановский источники", Квант, электроника, том 34,213 (2004).

21. В.В.Тучин, "Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях", изд-во Сарат. Ун-та, Саратов, 1998.

22. Khanin Ya.I., Principles of laser dynamics. Amsterdam, North-Holland/ Elsevier, 1995.

23. Stepien Lionel, Razdobreev Igor, Suret Pierre, Randoux Stéphane, Zemmouri Jaouad, "Polarization in Yb-doped double-clad fiber laser", LAT, Technical digest, QSuR-54 (2002).

24. В.Г. Воронин, O.E. Наний, A.H. Туркин, А.С. Курков и др., "Поляризационная спектральная динамика генерации иттербиевого волоконного лазера". Вестник Московского университета. Серия 3. № 2,46 (2002).

25. P. WeBels and C.Fallnich, "Polarization dependent gain in neodymium and ytterbium doped fiber amplifiers", Optics Express Vol. 11.№.6,530 (2003).

26. Paul Wysocki and Vincent Mazurczyk, "Polarization dependent gain in erbium-doped fiber amplifiers: computer model and approximate formulas", J.1.ghtwave Technol. Vol.14, 572 (1996).-j i

27. C.A.Burrus, J.Stone, "Nd doped S1O2 lasers in an end-pumped fiber geometry," Applied Physics Letters, Vol.23, № 7, 388 (1973).

28. RJ.Mears, L. Reekie, I.M.Jancie, and D.N. Payne, "Low-noise Erbium-doped fiber amplifier operating at 1.54nm", Electronics Letters, Vol.23, №.19, 1026 (1987).

29. D.Richardson, J.Minelly, and D.Hanna, "Fiber laser system shine brightly", Laser Focus World, Vol.33, 87 (1997).

30. E.Snitzer, H.Po, F.Hakimi, R.Tumminelli, B.C.McCollum, "Double-clad, offset core Nd fiber laser", Proc. OFC'88, PD5 (1988).

31. H. Po, E. Snitzer, R. Tumminelli, "Double-clad high brightness Nd fiber laser pumped by GaAlAs phased array", Proc. OFC'89, PD7 (1989).

32. G.Mitchard, R.Waarts, "Double-clad fibers enable lasers to handle high power", Laser Focus World, Vol.35, 113 (1999).

33. N.S.Kim, T.Hamada, M.Prabhu, C.Li, "Numerical analysis and experimental results of output performance for Nd-doped double-clad fiber lasers", Optics Commun, Vol.180,329 (2002).

34. L.Philippe, V.Doya, R.Philippe, P.Dominique, "Experimental study of pump power absorption along rare-doped double clad optical fibers", Optics Commun, Vol.218,249 (2003).

35. A. Liu and K. Ueda, "The absorption characteristics of circular, offset, and rectangular double-clad fibers", Opt. Commun, Vol.132, 511 (1996).

36. D.Kouznetsov, J.V.Moloney, E.M.Wright, "Efficient pump absorption in double-clad fiber amplifiers 1: Fiber with circular symmetry". J. Opt. Soc. Am. B, Vol.18,743 (2001).

37. Dmitrii Kouznetsov, Jerome V.Moloney. "Efficient pump absorption in doubleclad fiber amplifiers 2: broken circular symmetry". Opt. Soc. Am. B, Vol.19, No.6,1259 (2002).

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

39. Yune Hyoun Kim, Nam Su Kim, Youngoo Chung, "All-optical switching application based on optical nonlinearity of Yb3+ doped fiber with a long period fiber gratings pair", Optics Express, Vol.12, No.4,651 (2004).

40. H. Zellmer, U. Willamowski, A. Tunnermann, H. Welling, "High-power CW neodyminum-doped fiber laser operating at 9.2W with high beam quality", Optics Letters, Vol.20, № 6, 578 (1995).

41. H. Zellmer, A. Tunnermann, H. Welling, V. Reichel, "Double-clad fiber laser with 30W output power", OSAN TOPS Vol. 16, Optical Amplifiers and Their Applications, paper WC7-1,251 (1997).

42. N.S. Platonov, D.V. Gaspontsev, V.P. Gaspontsev, and V. Shumilin, "135W CW fiber laser with perfect single mode output", Conference on Laser and Electro-optics, Long Beach, CA, 769 (2002).

43. J. Limpert, A. Liem, S. Hofer, H. Zellmer, "150 W Nd/Yb codoped fiber laser at 1.1 |xm", Conference on Laser and Electro-optics, Long Beach, CA, CThxl, 590 (2002).

44. V.P. Gaspontsev, N.S. Platonov, O. Shkuribin, and L. Zaitsev, "400W low-noise CW ytterbium fiber laser with an integrated fiber delivery", Proc. Conference on Laser and Electro-optics, Baltimore, USA, 2134 (2003).

45. J. Linpert, A. Liem, H. Zellmer, and A. Tunnermann, "500 W continuous-wave fibre laser with excellent beam quality", Electr. Lett.39, 645 (2003).

46. Y. Jeong, J.K. Sahu, D.N. Payne, and J. Nilsson, "Ytterbium-doped large-core fiber laser with 1.36 kw continuous-wave output power", Opt. Express Vol.12, 6088 (2004).

47. G. Bonati, H.Voelckel, T. Gabler, U. Krause, A. Tunnermann, "1.53kW from a single Yb-doped photonic crystal fiber laser", Photonics West, San Jose, Late

48. Breaking Developments, Session 5709-2a (2005).

49. Н.И. Желудев. Поляризационные неустойчивость и мультистабильность в нелинейной оптике, Успехи физических наук, том 157,683 (1989).

50. M.B.Willemsen, M.U.F.Khalid, M.P.van Exter, and J.P.Woerdman, "Polarization switching of a vertical-cavity semiconductor laser as a Kramers hopping problem". Phys. Review Lett. Vol.82, №.24,4815 (1999).

51. N.K.Sabinin, M.A.Gladychevskii, K.G.Leontiev. "Polarization dynamics of Yb-doped double-clad fiber laser". Technical digest, LAT 2002, Moscow, June 2002, p.74.

52. J. Bromage, "Raman amplification for fiber communication systems", Jour, of Lightwave technology, Vol.22, No.l, 79 (2004).

53. S.Trillo, S.Wabnitz, R.H. Stolen, "Experimental observation of polarization instability in a birefringent optical fiber" App. Phys. Lett. Vol.49. 1224 (1986).

54. F. Matera, S.Wabnitz, "Nonlinear polarization evolution and instability in a twisted birefringent fiber", Opt. Lett. Vol.11. 467 (1986).

55. A. Vatarescu. "Polarisation state stabilisation in optically nonlinear birefringent fibres", Electron. Lett. Vol. 23. 379 (1987).

56. S. Wabnitz. "Spatial chaos in the polarization for a birefringent optical fiber with periodic coupling", Phy. Rev. Lett., Vol. 58. 1415 (1987).

57. П. А. Хандохин, Я. И. Ханин, Ю. А. Мамаев, "Низкочастотная динамика лазера класса В с двумя эллиптически поляризованными модами", Квантовая электроника, том 25, № 6, 517 (1998).

58. Я. И. Ханин, Основы динамики лазеров. М. Наука, 1999.

59. Q. L. Williams, J. Garcia-Ojalvo, and R. Roy. "Fast intracavity polarization dynamics of an erbium-doped fiber ring laser: inclusion of stochastic effects". Phy. Rev. Vol.55, № 3,2376 (1997).

60. S. Bielawski, D. Derozier. Dynamics of a Nd-Doped Fiber laser: C.W. and Self-Pulsing Regimes, Stabilization. J. Physique III, Vol.5,251 (1995).

61. V. M. Gelikonov, D. P. Stepanov, P. A. Khandokhin, "Fluctuation and dynamic characteristics of self-modulation regime in solid state ring laser", in: LO'95

62. Conf. Digest, 1995. p.74-80.

63. О.Е.Наний, «Феноменологическая модель многоканальных твердотельных лазеров и ее использование для описания стационарных режимов генерации кольцевых и линейных лазеров», Квантовая электроника. Vol.23, № 1,17(1996).

64. Fatih Yaman, Qiang Lin, S.Radic, G.P.Agrawal, "Fiber-optic parametric amplifiers in the presence of polarization-mode dispersion and polarization-dependent loss", Jour, of Lightwave technology, Vol.24, No.8, 3088 (2006).

65. S. Rashleigh, "Origins and control of polarization effects in single-mode fibres", Jour, of Lightwave technology, Vol.1, No.2, 312 (1983).

66. L.J. Wang, J.T. Lin, R.D.Ye, "Analysis of polarization-dependent gain in fiber amplifiers". IEEE J. Quantum Electron. Vol.34,413 (1998).

67. Yong Kong, Mingxiu Guo, Yutian Lu, "Numerical analysis of polarizationл Icharacter in Yb -doped fiber amplifiers". Chinese optics letters Vol.1, № 9, 506 (2003).

68. R. Paschotta, R. Haring, E. Gini, H. Melchior, U. Keller, H.L. Offerhaus, D.J. Richardson, "Passively Q-switched 0.1 -Mj fiber laser system at 1.53цт", Optics letters, Vol.24, №.6,388 (1999).

69. J.A. Alvares-Chavez, H.L. Offerhaus, J. Nillson, PW. Turner, W.A. Clarkson, D.J. Richardson, "High-energy high-power ytterbium-doped Q-switched fiber laser", Optics letters, Vol. 25, №.1, 37 (2000).

70. Y. Wang, A. Martinez-Rios, Po Hong, "Pulse evolution of a Q-switched ytterbium-doped double-clad fiber laser", Opt. Eng., Vol.42,2521 (2003).

71. Zayhowski J.J., Kelley P.L., "Optimization of Q-switched Lasers", Journal of Quantum Electronics, Vol. 27, №. 9,2220 (1991).

72. GP.Lees, A.Hartog, A.Leach, and T.P.Wewson. "980nm diode pumped Erbium3+/Ytterbium3+ doped Q-switched fiber laser", Electron. Lett., Vol.31, №.21, 1836(1995).

73. Ming Ding and Peter K. Cheo. "Effects of Yb:Er-codoping on suppressing self-pulsing in Er-doped fiber lasers", IEEE Photon. Techn. Letters, Vol. 9, №.3, 3241994).

74. Д.А.Грух. Источники излучения на основе волоконных световодов, активированных ионами Yb3+. Канд. диссертация. М. НЦВО при ИОФ РАН, 2005.

75. Дьяконов Г.И., Доршел К., Конов В.И. и др. "Производительность разрушения камней под действием длинных импульсов излучения Nd:HAr лазера". Препринт ИОФ РАН. №.23,1992.

76. Н.М. Pask, Robert J. Carman, David С. Hanna. "Ytterbium-doped silica fiber lasers: Versatile sources for the l-1.2jim region", IEEE J. Quantum Electron. Vol.1, No 1,2(1995).

77. William.F, Krupke. "Ytterbium-solid-state lasers the first decade", IEEE. J.Selected Topics Quantum Electron, Vol.6, No.6,1287 (2000).

78. J.Swiderski, A.Zajac, M.Skorczakowski. "Rare-earth-doped high-power fibers laser generating in near infrared range". Opto-Electronics Review Vol. 12, №.2, 169 (2004).

79. A.S.Kurkov. "Yb3+-doped double-clad fibers and lasers", Proc. SPIE, vol.4083, 118(2000).

80. M.Bashkansky. "Characteristics of a Yb-doped super fluorescent fiber source for use in optical coherence topography". Opt. Express, Vol.3. 305 (1998).

81. GA.Bogomolova, D.N.Vyledzhanin. "Spectral and lasing investigations of garnets with Yb3+ ions", Sov.phys. JETP., Vol.42,440 (1976).

82. L.D.Deloach, S.A.Payne, L.L.Chase. "Evaluation of absorption and emission properties of Yb3+-doped crystals for laser applications", IEEE J. Quantum Electron., Vol.29, 1179(1993).

83. R.Selvas, J.K.Sahu, L.B.Fu, "High-power low-noise Yb-doped cladding-pumped three-level fiber sources at 980nm". Optics Letters, Vol.28, No. 13, 1093 (2003).

84. G.Lei, J.E.Anderson, M.I.Buchwald. "Determination of spectral linewidths by Voigt profiles in Yb3+-doped fluorozirconate glasses". Phy.Rev. Vol.57, № 13, 7673 (1998).

85. J.M.Sousa, J.Nilsson, C.C.Renaud, "Broad-band diode-pumped Yb-doped fiberamplifier with 34-db output power". IEEE photonics technology letters, Vol.11, № 1, 39 (1999).

86. Ming Ding and Peter K. Cheo. "Effects of Yb:Er-codoping on suppressing self-pulsing in Er-doped fiber lasers", IEEE Photon. Techn. Letters, Vol.9, № 3, 324 (1994).

87. Yong Gyu Choi and Kyong Hon Kim. "Sensitizing of Yb3+ on near-infrared fluorescence emission of Cr4+-doped calcium aluminates glasses", J. Mater. Res., Vol.15, No.2,278 (2000).

88. S.V.Chernikov, J.R.Taylor, "1083nm ytterbium doped fiber amplifier for optical pumping of helium." Electron. Lett. Vol.33,787 (1997).

89. L.B.Fu, RSelvas, M.Ibsen, J.K.Sahu, "Fiber-DFB laser array pumped with a single lw cw Yb-fiber laser". IEEE photonics technology letters, Vol.15, no.5, 655 (2003).

90. C.D.Marshall, S.A.Payne, L.K.Smith. "1.047-цт Yb:Sr5(P04)3F energy storage optical amplifier". IEEE J. Quantum Electron, Vol.1, No.l, 67 (1995).

91. А.С.Курков, В.И.Карпов, А.Ю.Лаптев и др. "Высокоэффективный волоконный лазер с накачкой в оболочку на основе иттербиевого световода и волоконной брэгговской решетки", Квант, электроника, том 27, 239 (1999).

92. Д.А.Грух, А.С.Курков, И.М.Раздобреев, А.А.Фотиади, "Самомодуляция добротности иттербиевого волоконного лазера с накачкой в оболочку световода". Квантовая электроника, том 32, № 11,1017 (2002).j I

93. P. Adel and С. Fallnich. "High-power ultra-broadband mode-locked Yb fiber laser with 118nm bandwidth". Optics Express.Vol.10, №14,622 (2002).

94. Vladimir G.Voronin, Sya Y.Van, Oleg. E. Nanii, "Mechanism of Spontaneous Polarization Switching in Ytterbium Doped Fiber Laser". Proceedings of International Conference Laser Optics, L02006, St.-Petersburg, 26-30 June 2006. ThRl, c.34.

95. В.Г.Воронин, Я.В.Ся, О.Е.Наний, В.И.Хлыстов, "Механизм самопроизвольного переключения поляризации в иттербиевом волоконном лазере". Квантовая электроника, том 37, №.4,339 (2007).

96. Oleg.E.Nanii, Sya.Y.Van, Vladimir.G.Volonin, "Polarization-dependent gain saturation in ytterbium doped fiber lasers and amplifiers". Technical digest ILLA/LTL'2006. Smolyan, Bulgaria. 4-7 October, 2006. p.89.

97. О.Е.Наний, Я.В.Ся, «Поляризационные характеристики иттербиевых лазеров и усилителей». Труды Российского семинара по волоконным лазерам. Новосибирск, 4-6 апреля 2007г. с.48.

98. В.Г.Воронин, О.Е.Наний, Я.В.Ся, А.В.Вуколов, В.И.Хлыстов, "Генерация птадких микросекундных импульсов в иттербиевом волоконном лазере". Вестник Московского университета. Серия 3. № 5, 35 (2005).