Спектральные и поляризационные характеристики когерентного излучения в волоконно-оптических резонаторах и световодах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Ф. СКОРИНЫ

РРБ

УДК 621.375.826: 681.7.068

? Я ИЩ

КРОЛ АЛЕКСАНДР МАКСОВИЧ

СПЕКТР,\1ГЫ1ЫЕ И ПОЛЯРИЗЛЦИОШБЛЕ. ХАРАКТЕРИСТИКИ КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В В0Л0К01Ш0-0ПТИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРАХ И СВЕТОВОДАХ

01.04.05- оптика

диссертации па соискание ученом степени кандидата физико-математических наук

Гомель. 2000

Работа выполнена в лаборатории импульсной оптики Института прикладной оптики HAH Беларуси

Научный руководитель: доктор физ.-мат. наук, старший

научный сотрудник Борисов В.И.

Официальные оппоненты: член-корреспондент HAH Беларуси,

доктор физико-математических наук, профессор В.Г1. Грибковскнй

доктор физико-математических наук, профессор H.A. Гусак

Оппонирующая организация: Гродненский государственный

университет им. Я. Купалы

Зашита состоится " 14 " , ¡¡.С!А 2000 г. в У^Г часов на заседании совета по защите диссертаций К 02.12.02 з Гомельском государственном университете им. Ф. Скорины по адресу: 246699. г. Гомель, ул. Советская, 102; тел. (0232) 57 79 97

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Гомельского государственного университета им. Ф. Скорины.

Автореферат разослан " Об " О^л/ии^л 2000 г.

Ученый секретарь ?, ,:

совета по защите диссертаций С А.Н. Годлевская

В 54 Л, '6,03

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность

В настоящее время наблюдается тенденция к расширению применения лазеров в различных областях науки, техники, медицины, которая требует решения важной научной проблемы, заключающей в себе изучение возможностей управления параметрами и характеристиками лазерного излучения. Одним из важных направлений в решении этой проблемы является разработка и исследование лазерных волоконно-оптических систем, в рамках которого выполнена данная диссертационная работа.

Применение элементов волоконной оптики для разработки новых лазерных систем обосновано преимуществами волоконных световодов (ВС) перед объемными оптическими средами; в частности, высокой механической прочностью при небольшой толщине свето-ведущей сердцевины (от единиц до сотен микрометров) и низкими потерями света при значительных длинах световодов (до тысяч метров и более). Благодаря малой толщине световода слабое управляющее воздействие, оказываемое на него, позволяет эффективно изменять характеристики канализируемого им излучения. Малые поперечные размеры и большая длина ВС обеспечивают реализацию высокой плотности мощности и-большой длины фазового согласования канализируемых им световых волн, соответственно. Поэтому в ВС легко осуществляются нелинейные преобразования.

К настоящему времени в указанном научном направлении достаточно полно изучены следующие вопросы: изменение характеристик генерируемого излучения за счет нелинейных эффектов в ВС при их внешней накачке излучением твердотельных лазеров; селекция спектрального состава лазерного излучения посредством волоконных интерферометров; изменение характеристик излучения полупроводниковых лазеров (ППЛ) с резонаторами различных типов и при их стыковке с внешними резонаторами. В то же время влияние конструктивных и оптических параметров ВС на характеристики лазерного излучения в волоконных резонаторах и световодах, а также особенности преобразования в ВС спектральных и поляризационных характеристик распространяющегося по ним лазерного излучения исследованы недостаточно. Требуют изучения возможности использования адаптивных свойств лазерных систем для создания датчиков различных физических величин. Поэтому исследования закономерностей влияния свойств ВС на характеристики распространяющегося

в них лазерного излучения, проводимые в диссертационной работе являются актуальными.

Связь работы с крупными научными программами, темами

Выполнение диссертационной работы связано с программо? "Исследование физических закономерностей и процессов формированш волоконных световодов из сверхчистого кварцевого стекла, полученио го по золь-гель технологии, и построение на их основе волоконных лазеров и усилителей (Электроника 11)", выполняемой в рамках Планв важнейших научно-исследовательских работ в области естественных технических и общественных наук по Республике Беларусь на 19962000 гг. (номер госрегистрации 199760), а также с темой "Разработка и освоение серийного производства волоконно-оптического кабеля для местных линий связи (городских и сельских телефонных сетей) ", выполняемой в настоящее время в рамках государственного заказа по развитию науки и техники (постановление Совета Министров Республики Беларусь № 05/137 от 30 июня 1995 г.).

Цель к задачи исследования

Цель настоящей работы состояла в установлении особенностей влияния свойств волоконных световодов и полосковых волноводов лазеров на характеристики распространяющегося в них лазерного излучения.

Для достижения поставленной цели решались следующие ос-новныезадачи:

- исследование влияния свойств ВС на спектральные характеристики ППЛ при вводе его излучения в световод;

- исследование связи деградации ППЛ с автокорреляционной функцией (АКФ) его излучения;

- разработка и исследование новых типов волоконно-оптических устройств для управления характеристиками лазерного излучения.

•х

Методы исследований

При выполнении диссертационной работы использовались комплексные экспериментальные и расчетные методы исследований. Для расчетов использовались методы геометрической оптики и математического моделирования, включая компьютерную обработку данных. Экспериментальные методы включали спектральный и временной анализ генерируемого лазерами излучения с привлечением визуального, фотометрического и оптико-электронного методов регистрации лазерного излучения.

Объект исследования диссертационной работы - лазерно-

волоконные оптические системы.

Предмет исследования - характеристики излучения в лазерах с

волоконно-оптическими резонаторами и в волоконно-оптических

устройствах.

Научная новизна полученных результатов

1. Обнаружено, что в режиме свободной генерации УАв^сР4 лазер с внешним волоконным резонатором в области первой стоксовой компоненты вынужденного комбинационного рассеяния генерирует ряд узких спектральных линий, в отличие от сплошных полос каскадной генерации при идентичной накачке того же световода излучением внешнего лазера.

2. Предложена новая схема кольцевого волоконного резонатора. Показано, что при ее реализация упрощается юстировка лазерного резонатора и повышается эффективность его работы.

3. Установлена корреляция между видом АКФ первого порядка излучения полупроводниковых непрерывных лазеров на ОаА1Ак и надежностью их работы.

4. Показано, что частотные компоненты спектра излучения ППЛ, при распространении по изогнутому многомодовому ВС, пространственно разделяются по различным пятнам спекл-картины на выходе световода.

5. Исследованы волоконно-оптические датчики температуры и давления на основе одномодовых ВС с наведенной посредством бокового давления анизотропией. Показано, что использование в качестве информационного параметра таких датчиков угла поворота плоскости поляризации распространяющегося в ВС линейно-поляризованного излучения позволяет получить их более высокую чувствительность по сравнению с известными датчиками.

Практическая значимость полученных результатов

- Результаты исследования взаимосвязи АКФ первого порядка излучения ППЛ с их деградацией могут использоваться в лабораториях и на предприятиях для прогноза деградации ППЛ по виду АКФ (НИИ "Полюс" /г. Москва/, НИИ "Волга" /г. Саратов/).

- Предложено волоконно-оптическое поляризационное устройство, на основе одномодового ВС с наведенной анизотропией, отличающееся стабильными временными и температурными характеристиками.

- Результаты исследования режимов изготовления сплавных воло-

конно-оптических разветвителей могут быть использованы для изготовления разветвителей с оптимальными характеристиками (НИИ Радиоматериалов /г. Минск/). - Разработан и применяется в клинической практике в лечебно-профилактических медучреждениях Республики Беларусь волоконно-оптический лазерный облучатель на основе ППЛ, генерирующего в ближней ИК-области.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Использование отрезка многомодового ВС в качестве волоконного резонатора УАС:Мс13+-лазера, работающего в режиме свободной генерации, приводит к генерации ряда узких спектральных линий в области первой стоксовой компоненты ВКР.

2. Применение в \'ЛО:Нс13+-лазере петли ВС в качестве одного из зеркал кольцевого волоконного резонатора позволяет увеличить эффективное усиление в резонаторе, так как за один полный обход по резонатору излучение дважды проходит через лазерный стержень.

3. Вид автокорреляционной функции излучения ППЛ на ОаА1Аз дает информацию о степени деградационных процессов в активном слое лазера.

4. Интерференция излучения ППЛ, распространяющегося в различных модах изогнутого многомодового световода, приводит к тому, что спектральный состав излучения на выходе световода в разных пятнах спекл-структуры различен.

Личный вклад соискателя

Основные эксперименты и оценочные расчеты выполнены автором самостоятельно. Научный руководитель осуществлял общее руководство и постановку задач, участвовал в проведении дополнительных экспериментов и обсуждении результатов. Другие соавторы предоставляли образцы экспериментальных ВС, осуществляли техническую поддержку экспериментов, участвовали в проведении вспомогательных исследований и обсуждении результатов.

Апробация результатов работы

Результаты диссертационной работы представлялись на 1-й Республиканской конференции молодых ученых по квантовой электронике (г. Минск, 24-25 мая 1994 г.), Республиканской конференции "Научное и аналитическое приборостроение" (г. Минск, 25-28 сентября 1995 г.), 1-й и 2-й Межгосударственных научно-технических конференциях по квантовой электронике (г. Минск, 7-10 октября

1996 г. и 23-25 ноября 1998 г.), International conferencc on fibre optics & photonics "Photonics-96" (Madras, India, December 9-13, 1996), 3-ей Конференции по лазерной физике и спектроскопии (г. Гродно, 2-4 июля 1997 г.), 13-м Белорусско-литовском семинаре "Лазеры и оптическая нелинейность"(г. Минск, 27-29 мая 1998 г.).

Публикации

Представленные в диссертации материалы опубликованы в 15 работах: восьми статьях (четыре в научных журналах и четыре - в трудах семинара и конференций), одной заявке на изобретение и тезисах шести докладов. Общее число опубликованных страниц - 38.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из общей характеристики работы, четырех глав, заключения и списка использованных источников; изложена на 105 страницах из которых 93 страницы текста, включающих 37 рисунков и 1 таблицу. Список использованной литературы содержит 170 наименований на 12 страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

В обгцей характеристике работы обоснованы актуальность темы диссертационной работы и выбор цели исследований, сформулированы защищаемые положения и дано краткое описание содержания диссертации.

В первой главе приведен краткий обзор литературы по вопросам нелинейных преобразований в ВС; влияния свойств многомодо-вого световода на когерентность распространяющегося в нем лазерного излучения; связи генерационных характеристик ППЛ со свойствами лазерного полоска и состыкованного с ним ВС; а также применения волоконно-оптических элементов для управления лазерным излучением.

В результате проведенного анализа литературы отмечен ряд задач, требующих дальнейшего изучения.

Вторая глава посвящена изучению нелинейного преобразования частоты в волоконных резонаторах YAG:Nd3+ лазеров. Эксперименты проводились с использованием лазерного стержня и системы накачки промышленного лазера ЛТИПЧ-5.

Здесь представлены результаты экспериментального исследования спектра генерации лазера с внешним кольцевым волоконно-

оптическим резонатором, работающего в режиме свободной генерации. Установлено, что в таком лазере имеет место нелинейное преобразование частоты генерируемого излучения. При этом в спектре излучения лазера в области первой стоксовой компоненты вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) генерируется ряд узких спектральных линий (рис. 1а), в отличие от непрерывного спектра каскадной генерации при ВКР (рис. 26), реализуемой при идентичной внешней накачке того же световода изучением лазера, работающего в режиме свободной генерации. Такая особенность ВКР в световоде лазерного резонатора связана с тем, что лазер генерирует лишь на нескольких отдельных модах ВС, в то время как при внешней накачке световода возбуждается весь спектр его мод.

112/нм "Лз! им 6 (127™ 1131 №1

Рис. !. Вид спектра излучения гранатового лазера с волоконными резонаторами (а) и -п р и -и я кя ч ь-р.-ВПи ч пун ел I; г ем гшентего лазера (б)_ в области первой стоксовой компоненты ВКР

Далее в главе рассмотрены результаты исследования предложенных нами двух новых схем волоконного лазерного резонатора, имеющих ряд преимуществ перед рассмотренной выше, а именно: позволяющих упростить юстировку резонатора, повысить стабильность работы лазера и снизить порог генерации. В одном случае лазерный резонатор составлен по кольцевой схеме и включает диэлектрическое зеркало и ВС в виде петли, выполняющей роль волоконного зеркала. Для согласования пространственных характеристик излучения и сердцевины ВС использован один микрообъектив (3,7х). В данной схеме за один полный проход по резонатору, свет дважды проходит через активную среду, что приводит к более высокому эффективному усилению в резонаторе, чем в рассмотренном выше кольцевом резонаторе. В таком лазере упрощается юстировка. Поэтому при необходимости замены в резонаторе одного ВС на другой (с другими характеристиками), значительно проще снова получить генерацию, по сравнению с первой схемой кольцевого лазера.

Во втором случае резонатор не является кольцевым, а образован "глухим" диэлектрическим зеркалом и волоконной петлей с V-эбразным трехволоконным разветвителем на основе многомодового ВС. Показано, что такая схема лазера позволяет осуществить вывод «лучения из резонатора без. применения дополнительных оптических элементов и обладает высокой эффективностью, обусловленной 1аличием в спектре излучения лазера как стоксовой, так и антисто-ссовой компонент. При этом в антистоксовой области в генерируемом излучении присутствуют те же линии, которые наблюдаются при {акачке ВС излучением гранатового лазера, работающего в моноим-гульсном режиме. Анализ временной картины генерации показал, по в отражателях с длиной петли порядка нескольких метров на-5лк>дается частичная самосинхронизация мод с длительностью им-1ульсов порядка 2 не, на фоне которых хаотично проявляются им-]ульсы длительностью порядка 300 пс.

Анализ результатов показал, что для исследованных схем лазера : волоконным резонатором имеет место специфическая особенность (елинейного преобразования частоты: в области первой стоксовой гомпоненты ВКР генерируется ряд узких спектральных линий (рис. ,а), число и взаимное расположение которых изменяется при внеш-[ем воздействии на световод (изгибе, боковом сдавливании).

Третья глава посвящена исследованию преобразования огерентных и спектральных характеристик излучения ПИЛ в [олосковых волноводах и волоконных световодах. Здесь представле-:ы результаты исследования связи вида автокорреляционной функ-,ии (АКФ) первого порядка и спектра излучения непрерывных иолу-роводниковых лазеров типа ИЛПН 102 в течение срока их службы. )писана экспериментальная установка, содержащая сканирующий нтерферометр Майкельсоиа, и приведены результаты экспериментов по исследованию характеристик ряда ПИЛ. Анализ эксперимен-альных результатов показал, что по виду АКФ излучения ППЛ ожно качественно оценить степень их деградации. Анализ результа-ов исследования проведен для семи наиболее характерных АКФ, олученных для исследованных лазеров. Отмечено, что несиммет-ичность относительно нулевой задержки и наличие провалов в АКФ зидетельствуют о переходных процессах в материале лазерного по-оска, что может приводить к выходу лазеров из строя. Установлено, го более долговечны лазеры, работающие на одной поперечной мог и имеющие спектр с гладкой огибающей, включающий менее 10 од по уровню половинной интенсивности. АКФ таких лазеров сим-

метрична относительно нулевой задержки с фоном между пиками близким к нулю.

Далее в главе приведены результаты измерения дисперсионных параметров активной среды для ППЛ, генерирующих в красной области спектра. Дисперсионные свойства среды изучались посредством измерения уширения максимумов АКФ, регистрируемой с помощью сканирующего интерферометра Майкельсона. Показано, что при регистрации АКФ излучения лазера, фактически, регистрируется кросскорреляционная функция (ККФ) его излучения; при этом роль среды с дисперсией показателя преломления выполняет материал лазерного полоска.

Для расчета ККФ излучения полупроводниковых лазеров, спектр излучения которых состоит из узких линий, нами применялась следующая известная из литературы формула:

ДО = С05

сот1 ~^к"1Л)АйУ2т2 + <р(0

где 1т - интенсивность моды излучения лазера с частотой озт; Аа> -разность частот соседних мод; (р(1) - медленно меняющаяся часть гн-

ой моды; т - и, 1, I... - номёр~моды; I - время^-необходимое-свету для прохождения расстояния, равного разности хода лучей в интерферометре Майкельсона.

По экспериментально полученной АКФ и ККФ, рассчитанной по данной формуле, строятся зависимости уширения, нормированного но половинному уровню максимумов этих функций, от разности хода в плечах интерферометра (то есть от удвоенной длины лазерного полоска). Зависимости нормируются на полуширину нулевого или первого максимумов этих корреляционных функций. Пример такой зависимости, полученной для одного из исследованных лазеров приведен на рис. 2.

Отмечено, что сопоставление экспериментальных (АКФ) и расчетных (ККФ) данных позволяет оценить дисперсионный параметр лолоскового волновода лазера. Для исследованных ППЛ, генерирующих в красной области спектра эта величина на порядок 26 с2/см) меньше известной из литературы величины (£"~10-25 с2/см) для ППЛ, работающих в ближней. ИК-области. Этот факт, по-видимому, связан с различием в строении и свойствах гетероструктур лазеров.

Также представлены результаты исследования влияния параметров ВС на спектральные характеристики ПГТЛ при вводе излучения лазера в световод. Показано, что ВС играет роль селектора продольных мод передаваемого по нему излучения ПГ1Л. При изгибе световода скорость изменения интенсивности мод лазерного излучения зависит от толщины световедущей сердцевины ВС (то есть чем толще световод, тем при меньшей величине его изгиба интенсивность продольной моды излучения лазера изменится от максимума до минимума и обратно). Это объясняется тем, что многомодовые ВС можно рассматривать как многолучевые интерферометры, в которых каждая мода ассоциируется с лучом в обычном интерферометре. При этом все "лучи" распространяются с разными фазовыми скоростями по одной и той же световедущей сердцевине световода, что должно приводить к эффекту спектральной селекции.

т/т0

з _-_--]---!- -!-----

I 1

2,5_______ /'£>'6 \

¡.5 -------------

4* "Т

] : 1----Л--------------------

0,5 i!_______________________

,-1 I 1 , I I I ! I_

0 2 4 6 8 Л1/Ъ

Рис. 3.9. Рассчитанные по спектру (1) и экспериментально измеренные (2) зависимости относительного уширения максимумов ККФ (АКФ) от разности плеч интерферометра для одного из ППЛ

Установлено также, что в многомодовых ВС происходит про-транственное разделение частот генерируемого ППЛ излучения по ;ятнам спекл-структуры на выходе световода, наиболее заметное для 1аломодовых ВС (рис. 3). Этот эффект обусловлен выполнением ус-овия минимума интерференции для определенных групп продоль-ых мод излучения ППЛ, распространяющегося в ВС, выполняющем оль внешнего, по отношению к лазерному, резонатора.

Т/То

\ > 1 уЛ | * ^о 1

2^ / _______

1

у, 1 ^

о

1 1

Четвертая глава посвящена преобразованию поляризационных и энергетических характеристик лазерного излучения, канализируемого волоконно-оптическими элементами. Вначале главы приведено описание лабораторной установки для изготовления сплавных волоконно-оптических разветвителей (делителей мощности) из многомо-довых и одномодовых ВС (диаметры сердцевин соответственно 55 мкм и 10 мкм), изготовленных'в ИПО HAH Беларуси. Отмечено, что дополнительные потери, вносимые при изготовлении разветвителей, зависят от ряда параметров, а именно: адиабатичности получаемого сплавного конусного перехода, изгиба отрезков световода под действием давления горючей газовой смеси, длины биконической области. Установлено, что использование различных ВС при изготовлении разветвителей требует отработки режимов их сплавления и вытягивания. Результаты исследования характеристик получаемых сплавных разветвителей были использованы при изготовлении волоконно-оптического лазерного резонатора с трехволоконным V-образным разветвителем (см. первую главу диссертации).

Рис. 3. Схема спекл-картины (а) и распределение интенсивности продольных мод ППЛ в верхнем (б, вверху) и нижнем (б, внизу) пятнах спекл-картины на выходе маломодового ВС

. Далее в главе представлены результаты исследования поляризационных свойств лазерного излучения, прошедшего одномодовый ВС с наведейной посредством бокового сдавливания анизотропией. Предложены два новых волоконно-оптических датчика для измерения температуры и механических нагрузок на основе изменения поляризационных свойств излучения на выходе такого ВС. Принцип работы исследованных волоконно-оптических датчиков основан на зависимости угла поворота плоскости поляризации распространяющегося по ВС датчика линейно-поляризованного излучения Не-Ые-лазсра от величины внешнего воздействия. В датчиках использовался отрезок одномодового световода из кварцевого стекла с диаметром

световедущей сердцевины 5 мкм и диаметром внешней оболочки - 90 мкм. Защитная полимерная оболочка из УФ-отверждаемого материала имела диаметр 170 мкм.

Настройка датчиков осуществлялась следующим образом. Лазер устанавливался так, чтобы плоскость поляризации лазерного излучения была ориентирована под углом 45° к направлению оптической оси ВС с наведенной анизотропией. Затем с помощью стягивающих болтов добивались линейной поляризации излучения на выходе световода. После этого датчик температуры помешался в нагревательный шкаф, а на верхнюю пластину датчика механических давлений устанавливались грузы различной массы и исследовалась зависимость угла поворота плоскости поляризации от величины физического воздействия.

Проведенные эксперименты показали, что чувствительность датчика температуры достигает 150 град/°С. Характерной особенностью датчика механических нагрузок является чувствительность порядка 10-12 град/кг.

Далее изложены результаты исследования предложенного в работе волоконно-оптического поляризационного устройства, принцип; действия которого аналогичен принципу работы выше описанных датчиков. Установлено, что такое устройство обладает хорошей температурной и временной стабильностью. Недостатком устройства является изменение азимута поляризации излучения при вариации длины волны.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты, полученные в диссертации можно сформулировать следующим образом:

1. Экспериментально установлено, что использование многомодо-вых ВС для построения различных схем волоконно-оптического резонатора импульсного УАС:ЫсР+ лазера, работающего в режиме свободной генерации, позволяет получить излучение, спектральные свойства которого в стоксовой и антистоксовой областях спектра отличаются от свойств излучения, прошедшего тот же ВС, при его идентичной внешней накачке. В лазере с волоконным резонатором в обоих областях спектра генерируется ряд линий, в отличие от каскадных полос ВКР в стоксовой области излучении лазера, выходящем из накачиваемого ВС. Это обусловлено тем.

что при внешней накачке ВС лазерным излучением, в нем возбуждается весь спектр мод, в отличие от выполнения условий возникновения генерации для отдельных мод световода, образующего волоконно-оптический резонатор лазера, а также различной плотности мощности в волоконном резонаторе и накачиваемом световоде [1, 2, 5, 7, 9, 10].

2. Разработан новый кольцевой волоконно-оптический резонатор, отличающийся тем, что в нем реализуется двойной проход излучения через активную лазерную среду за один полный обход излучения по резонатору, что равносильно удвоению длины лазерного стержня в обычной схеме кольцевого резонатора. Установлено, что в антистоксовой области спектра излучения УАС:Ыс13+ лазера с таким резонатором присутствуют линии, которые имеют место при накачке ВС лазером, работающим в режиме модуляции добротности, что говорит о высокой эффективности разработанного резонатора. [2, 7, 9].

3. Анализ результатов изучения особенностей АКФ и спектра излучения ряда ППЛ типа ИЛПН-102 показал, что по виду АКФ первого порядка излучения лазеров можно оценить степень их деградации. Генерация ППЛ на нескольких поперечных модах, наличие в АКФ провалов, а также появление фона и спутников между основными максимумами АКФ, свидетельствуют о появлении в активном волноводе лазера дефектов типа микропробоев, рассеивающих центров, которые приводят к деградации ППЛ. При этом наиболее медленно деградирующими оказываются лазеры, генерирующие на одной поперечной моде, имеющие симметричный спектр с гладкой огибающей, содержащей по полуширине порядка десяти продольных мод, и имеющие симметричную АКФ излучения с близким к нулю фоном между пиками [12].

4. Анализ спектральных характеристик излучения ППЛ, введенного в многомодовый ВС показал, что при изгибе ВС происходит пространственное разделение частот генерируемого излучения по разным пятнам спекл-структуры световода. Это связано с выполнением условия минимума интерференции для определенных групп мод излучения ППЛ, распространяющегося в ВС, выполняющем роль внешнего, по отношению к лазерному, резонатора 1.4, 8].

5. Изучены поляризационные свойства излучения на выходе одномо-лоиого ВС, подверженного боковому сдавливанию. Установлено, что изменение величины бокового давления на ВС приводит к по-

явлению в нем оптической активности, а именно: наблюдается монотонный поворот плоскости поляризации введенного в свегговол линейно поляризованного излучения на его выходе [6]. Указанное явление может быть использовано для создания на основе отрезка одномодового ВС конструктивно простого подстраиваемого волоконно-оптического поляризационного устройства со стабильными временными и температурными характеристиками [15].

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Борисов В.И., Крол A.M., Минкович В.П., Минкович Н.П. Нелинейное преобразование частоты в неодимовом лазере с кольцевым волоконным резонатором // ЖПС. - 1995. - Т. 62, № 6. - С. 87-90.

2. Борисов В.И., Крол A.M., Минкович B.IT., Минкович Н.П. Не-одимовые лазеры с выходными волоконными отражателями // ЖПС. - 1999. - Т. 66, № 2. - С. 259-262.

3. Борисов В.И., Крол A.M., Лебедев В.И. Компенсация дисперсии активной среды в полупроводниковом лазере с внешним резонатором // ЖПС. -1999. - Т. 66, № 5. - С. 707-710.

4. Борисов В.И., Крол A.M., Минкович В.П., Минкович Н.П. Трансформация спектра продольных мод полупроводникового лазера при вводе его излучения в волоконные световоды // ЖПС. - 1995. -Т. 67, № 2. - С. 252-255.

5. Borisov V.I., Krol A.M., Minkovich N.P., Minkovich V.P. A nonlinear transformation of the frequency in the YAG:Nd laser with a fiber ring cavity // Photonics'96: Proceed, int. conf., Madras, India, 9-13 Dec. 1996/ Indian Inst, of Technol. -Madras, India, 1996. - V.2. - P. 936-938.

6. Borisov V.I., Krol A.M., Minkovich V.P., Minkovich N.P. The fiber-optical sensors with making birefringence // Photonics'96: Proceed, int. conf., Madras, India, 9-13 Dec. 1996/ Indian Inst, of Technol. -Madras, India, 1996. - V.2. - P. 1002-1005.

7. Борисов В.И., Крол A.M.. Минкович В.П., Минкович Н.П. Не-одимовый лазер с выходным волоконным отражателем // Лазерная физика и спектроскопия: Сб. трудов конф., Гродно, 2-4 июля 1997 г./ИФАНБ-Минск, 1997. - Т. 1. - С. 216-219.

8. Борисов В.И., Крол A.M., Минкович В.П., Минкович Н.П. Изменения в спектре полупроводникового лазера при,передаче излучения через изогнутый волоконный световод // Лазеры и оптическая

нелинейность: Труды XIII Белор.-Литов. семинара, Минск, 23-25 мая 1998 г. / ИФ НАНБ - Минск, 1999. - С. 147-150.

9. Заявка РБ № 9700154. Лазер с внешним кольцевым волоконным резонатором/ Борисов В.И., Крол A.M., Минкович В.П., Минко-вич Н.П. - Заявлено 20.03.97; Опубл. 1998, Офиц. бюл. № 1 (16). - С. 56.

Ю.Борисов В.И., Крол A.M. Неодимовый лазер с нелинейным преобразованием частоты в кольцевом волоконном резонаторе // Тез. докл. респ. конф. молод, учен., Минск, 24-25 мая 1994 г. / БГУ -Минск, 1994.-С. 24.

П.Борисов В.И., Качанов В.В., Крол A.M., Минкович В.П., Минкович Н.П. Волоконно-оптический лазерный облучатель // Научное и аналитическое приборостроение: Тез. док. респ. конф., Минск, 25-28 сент. 1995 г. / ИМАФ АНБ. - Минск, 1995. - С. 32.

12.Борисов В.И., Крол A.M., Лебедев В.И. Изучение корреляции между деградацией полупроводниковых лазеров и автокорреляционной функцией первого порядка их излучения // Квантовая электроника: Тез. докл. межгос. научн.-техн. конф., Минск, 7-10 окт. 1996 г. / БГУ. - Минск, 1996. - С. 53.

1 З.Борисов В.И., Крол A.M., Маклаков В.Н. Полупроводниковый ■лазер с внешним резонатором как датчик твердых частиц в воздухе // Квантовая электроника : Тез. докл. межгос. научн.-техн. кон., Минск, 7-10 окт. 1996 г./БГУ.-Минск, 1996. - С. 116.

14.Борисов В.И„ Крол A.M., Лебедев В.И. Измерение дисперсионных параметров активной среды полупроводниковых лазеров красного диапазона спектра // Матер. 2-й конф. по квант, электрон., Минск, 23-25 нояб. 1998 г. / БГУ - Минск, 1998. - С. 25-27.

15.Крол A.M. Волоконно-оптическое поляризационное устройство //

- Матер. 2-й конф. по квант, электрон., Минск, 23-25 нояб. 1998 г. /

.БГУ - Минск, 1998.-С. 124.

РЕЗЮМЕ

Крол Александр Максович

Преобразование спектральных и временных характеристик лазерного излучения, распространяющегося в волоконных резонаторах и световодах

Ключевые слова: гранатовый лазер, полупроводниковый лазер, спектр излучения лазера, волоконно-оптический резонатор, волоконный световод, волоконный датчик, волоконно-оптический раз-ветвитель.

Цель работы: установление особенностей влияния свойств волоконных световодов и полосковых волноводов лазеров на характеристики распространяющегося в них лазерного излучения.

Результаты, их новизна и применение. Впервые обнаружено, что УАО:Кс13+ лазер с внешним волоконным резонатором в режиме свободной генерации в области первой стоксовой компоненты вынужденного комбинационного рассеяния генерирует ряд узких спектральных линий, в отличие от сплошных полос каскадной генерации при накачке того же световода излучением внешнего лазера.

Предложена новая схема кольцевого волоконного резонатора, в которой лазерное излучение дважды проходит через активную среду за один обход по резонатору. В этом случае упрощается юстировка лазерного резонатора и повышается эффективность его работы.

Установлена корреляция между видом автокорреляционной функции первого порядка излучения полупроводниковых непрерывных лазеров на ОаЛ1Аз и надежностью их работы.

Показано, что интерференция излучения полупроводникового лазера, распространяющегося в различных модах многомодового волоконного световода, приводит к спектральной селекции продольных мод излучения лазера в различных пятнах спекл-структуры на выходе световода.

Продемонстрированы возможные применения результатов работы для изготовления волоконно-оптических сплавных элементов лазерных резонаторов, создания датчиков различных физических величин, медицинских терапевтических приборов.

РЭЗЮМЕ

Крол Аляксандр Максав1ч

Пераутварэнне спектральных I врэмянных характарыстык лазернага выпраменьвання, раснаусюджваючагася у валакоипых рэзанатарах > святлаводах

Ключавыя словы: гранатавы лазер, пауправадш'ковы лазер, спектр выпраменьвання лазера, валаконна-аптычны рэзанатар, вала-конны святлавод, валаконы датчык, валаконна-аптычны раз-галшавацель.

Мэта работы: устанауленне асабл^васцей уздзеяння свойств ва-лаконных святлаводау 1 паласковых хваляводау лазерау на характэ-рыстьш раснаусюджваючагася у ¡х лазернага выпраменьвання.

Рэзультаты, IX нав1зна 1 прымяненне. Упершыню абнаружана, што УАС^(13+ лазер са знешшм валаконным рэзанатарам у рзжыме свабоднай генерацьц у вобласф першай сгоксавай кампаненты вы-мушанага камбшацыйнага рассейвання генерыруе рад вузгах спектральных лшш, у адрозпснш ад сплашных палое каскаднай генерадьп пры накачке таго ж святлавода выпраменьваннем знешняга лазера.

Прапанавана новая схема кальцавога валаконнага рэзанатара, у якой лазернае выпраменьванне двойчы праходзщь праз актыунае асяроддзе за одзш абход па рэзанатару. У гэтым выпадку упрощва-ецца юстыроука лазернага рэзанатара 1 павышаецца эфектыунасць яго работы.

Установлена карэляцыя пам1Ж вщам аутакаррэляцыйнай функ-цьи першага парадку выпраменьвання пауправадшковых непера-рыуных лазерау на СаАМв I надзейнасцю ¡х работы.

Паказана, што интэрферэнцыя выпраменьвання пауправад-шковага лазера, якое распаусюджваецца у розных модах шматмода-вага ВС, вядзе да спектральнай еялекць» прадольных мод выпраменьвання л&зера у розных плямах спёкл-структуры на выхадзе святлавода.

Прадэмансграваны магчымыя прымяненш рэзультатау даследа-ванняу для вырабу валаконна-аптычных сплауных элементау лазер-пых рэзанатарау, стварэння датчыкау розных ф131чных вел^чынь, ме-дыцынемх тэрапеутычных прыборау.

SUMMARY

Krol Alexander MaKsovich

Transformation of spectral and temporary characteristics of the laser radiation, extending in fibre resonators and fibres

Key words: YAG-laser, semiconductor laser, spectrum of laser radiation, fibre-optical resonator, optical fibre, fibre sensor, fibre-optical coupler.

The work purpose: the influence features definition of fibre and laser strip waveguides properties on laser radiation characteristics, extending in them.

Results, their novelty and applications. For the first time it is revealed that a free-running YAG:Nd3+-laser with an external fibre resonator in the field of the first Stokes component of stimulated Raman scattering generates a number of narrow spectral lines in contrast to continuous bands of cascade generation when pumping the same fiber by radiation of the external free-running laser.

A new scheme of the fibre ring resonator, in which laser radiation twice passes through the laser medium for a one trip along the resonator,^ has been proposed. In this case the laser resonator adjustment becomes more simple, and its operation efficiency is increased.

Correlation between the shape of the first order autocorrelation function of GaAlAs semiconductor continuous laser radiation and of laser degradation has been established.

It's shown that interference of the semiconductor laser radiation, which guiding in difference modes of a multimode fibre, results to the longitudinal mode spectral selection of the laser radiation in different spots of a speckle-structure on the fibre output.

The possible applications of the investigation results for manufacturing of the fused fibre-optical laser resonator elements, development of the fibre sensors of different physical quantities, and of the medical therapy devices have been demonstrated.

Крол Александр Максовпч

СПЕКТРАЛЬНЫЕ И ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРАХ И СВЕТОВОДАХ

Лиц. ЛВ №357 от 12.02.1999. Подписало в печать 28.03.2000 г. Формат 60x84 1/16. Бумага писч. №1. Печать офсетная. Усл. п. л. 1.0. Уч.-изд. л.0,9. Тираж 75 экз. Заказ . Отпечатано на ротапринте Гомельского госуниверситета им. Ф. Скорины, 246699, г.Гомель, ул. Советская, 104.