Управление спекльным составом излучения и генерация коротких импульсов методами внутрирезонаторной интерферометрии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ШСТИТУТ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

На оравах рухописи УДК 621.3?Я.( 535.3

ОХОТНИКОВ Олег Геннадьевич

УПРАВЛЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫМ СОСТАВОМ ИЗЛУЧЕНИЯ И ГЕНЕРАЦИЯ КОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ МЕТОДАМИ ВНУТРИРЕЗОНАТОРНОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ

Специальность 01.04.21 — лтсрная физика

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора физико-математических наук* ( а форме научного дозлада }

Работа иуполнена п Институт общей .физики 1'А11

Официальные оппонеиты:

доктор физика—магемаличеехилиаук.

А.И.НадеЖАснскйй ■

доктор физико-математических наук,

профессор Ю.М.Попов

доктор фиэнко—математических наук

СД-Якубович

Ведущая организация: Московский государственный университет им. М.ВЛомоносода

Защита состоится "^О'^'аТБрЛ 1992 г. в '1& часов на заседании Специализированного совета yvc03.19.01J Института общей физики РАН по адресу. Москва В-333, ул. Вавилова, 38.

Диссертация разослана ••CK/i/Spsi 1992 г. *

Ученый секретарь Специализированного совета катила!' физико — матемэтичоских наук

В.П.Мдхаров

УПРАВЛЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫМ СОСТАВОМ ИЗЛУЧЕНИЯ И ГЕНЕРАЦИЯ КОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ МЕТОДАМИ ВНУТРИРЕЗОНАТОРНОЙ интерферометрии.

содержание

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ................2

СЕЛЕКТИВНЫЕ ОДНОМОДОВЫЕ ВОЛОКОННЫЕ УСТРОЙСТВА...................................................;................................7

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ИНТЕРФЕРОМЕТРЫ........... 10

ВОЛОКОННЫЕ РЕЗОНАТОРЫ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ПРОДОЛЬНЫХ МОД И СУЖЕНИЯ ЛИНИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И ВОЛОКОННЫХ ЛАЗЕРОВ.............................................................................................¡9

ОДНОРЕЗОНАТОРНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПАССИВНОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ МОД.........................................................27

ВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕР С ГИБРИДНОЙ СИНХРОНИЗАЦИЕЙ МОД..........................................................4!

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННАЯ ПАССИВНАЯ СИНХРОНИЗАЦИЯ МОД В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

ЛАЗЕРАХ.............................................................................................45

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

РАБОТЫ.........................................:.....................................................59

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ, СОДЕРЖАЩИХ ОСНОВНОЙ МАТЕРИАЛ ДИССЕРТАЦИИ.......................... .........................62

. цитированная литература..........................................67

i. введение. общая характеристика работы.

Создание лазеров — источников когерентного излучения ■ дало мощный импульс развитию оптических систем передачи обработки информации что привело, в частности, к рождешн самостоятельного направления — волоконной оптиш Значительный прогресс достигнутый в последние годы в облает волоконной оптики, оказывает косвенно или непосредствен« обратное влияние на породившую ее квантовую электроник; привел к развитию эффективных волокойно—оптически методов управления параметрами излучения лазеров и, наконе! к созданию волоконных лазеров. Аналогичная картин наблюдается в развитии таких направлений, как генератор! ультракоротких импульсов и нелинейная оптика, последня обязанная в значительной степени своими успехами созданш мощных пикосекундных лазеров, в свою очередь привела достижениям в области фемтосекундной технологии на основ лазеров с нелинейностью в резонаторе, примером каюры является солитонкый лазер [1|. Управление параметрам! излучения —спектральным составом, поляризацией динамическими характеристиками— реализуется изменение? структуры оптической обратной связи, осуществляющейся резонатором лазера, в той степени, в которой свобод управления допускается специфическими особенностям) активной среды. Возможности такого управления могут быт существенно расширены в том случае, когда сигнал оптическое обратной связи формируется не сосредоточенным зеркало» резонатора, как это происходит в простейшем случае, ; распределенным устройством (например, внешни* резонатором), которое может содержать разнообразны« элементы, в том числе и нелинейные, либо когда этот сигнаи задается независимым внешним генератором.

Инжекция внешнего оптического сигнала широк* используется для управления параметрами лазеров. Одна и; разновидностей этого метода соетоит в инжекции сигнала от одпомодового задающего лазера для навязывания и захвате частоты ведомому генератору. Этот метод позволяет, е

з

частности, предотвратить избыточное спектральное уширение ведомого инжекционного лазера, связанное с возникновением многомодового режима при прямой модуляции тока накачки {2], и получать одномодовые пикосекундные импульсы при частотах повторения вплоть до .нескольких гигагерц. Другая разновидность этого метода, которую можно ' определить как самоинжекцгоо, реализуется в лазерах со внешними резонаторами, в которых часть излучения сформированного определенным образом во внешнем (обычно пассивном) резонаторе инжектируется назад в основной резонатор, содержащий активную среду. При этом временная задержка и спектральный состав возвращенного излучения зависит от структуры внешнего резонатора. Такая оптическая обратная связь оказывает сильное влияние на спектральные и ¡динамические свойства излучения и применяется для различных активных сред.

Полупроводниковые лазеры со внешними селективными эезонаторами широко используются в тех случаях, когда тредъявляются значительно более высокие. требования к монохроматичности, стабильности частоты и спектральной герестроййе, чем они обычно реализуются: в лазерах с собственным резонатором [3,4]. Достоинства внешних >езонаторов состоят в больших возможностях контроля гараметров оптического излучения без дополнительных сложностей, связанных с изменением тока накачки или емпературы лазерного диода. В этой связи, использование ¡олоконных световодов значительно расширило возможности азерных резонаторов, Особенно заметны преимущества ■дномодовых волоконных шгтерферометротеских резонаторов о сравнению с аналогичными устройствами на . основе бъемных дискретных элементов: отсутствие дифракционной ^сходимости, высокая добротность, простота в реализации ольцевых схем, в том числе режима однонаправленной енерации, и пр. Кроме того, использование протяженных езонаторов, состоящих из конденсированных сред открывает овые возможности, связанные с эксплуатацией специфических

видов рассеяния в них {5,6|, а также нелинейностей (например, керровской) уже при сравнительно малых мощностях.

Использование внешних резонаторов для улучшения качества синхронизации мод привело к развитию целого направления — интерференционной синхронизации мод (ИСМ), (в англоязычной литературе — additive—pulse, coupled —cavity, interferential mode—locking {7—10]). Применение этого подхода для генерации коротких импульсов в различных твердотельных лазерах (Nd:YAG, NdiYLF, Nd:Glass, Ti:Al203, KÇ1:T1), позволило надежно и сравнительно простыми средствами освоить диапазон длительностей импульсов менее 100 фсек ¡11). Исторически начало этому направлению положило предложение использовать двухрезояаторную систему с оптическим световодом во внешнем резонатора известную как солитонньш лазер ( 1 j, в котором обратная связь осуществляется инжекцией в основной резонатор солитонного импульса, сформированного в световоде. Солитонньш лазер явился первой демонстрацией возможности существенного сокращения и контроля длительности импульса внешней оптической обратной связью, В дальнейшем было показано, что солитонньш лазер является частным случаем широкого класса лазерных систем с керровской нелинейностью во внешнем резонаторе, известных теперь как лазеры с ИСМ, в которых уменьшение длительности происходит при интерференционном сложении фазо—модулированных импульсов |7 — 11).

В связи с -созданием оптических систем связи нового поколения, обладающих повышенной информационной емкостью и скоростью передачи (свыше i Гбит/сек) в ведущих лабораториях мира — ATT BELL (США), Naval Research Lab. (США), British Telecom {Великобритания), NTT (Япония) -интенсивно ведутся исследования по созданию новых лазерных источников коротких импульсов (Ю-"— 10-lbc), следующих с высокими частотами повторения (109 — 10иГц). Создание лазерных источников с такими параметрами является необходимым условием для разработки высокоскоростных систем передачи информации, оптических компьютеров, оптических переключателей. Для реализации

высококачественных цифровых систем передачи информации необходимо, чтобы источники оптических импульсов удовлетворяли следующим требованиям: компактность, малое энергопотребление, совместимость с волоконно-оптическими системами передачи информации, долговременная стабильность последовательности импульсов. Таким требованиям удовлетворяют в первую очередь волоконные и полупроводниковые лазеры. Получение коротких спектрально -ограниченных импульсов с высокой частотой Следования в таких лазерных системах ■ требует разработки новых принципов импульсной генерации.

Вышесказанное определило крут вопросов, составивших предмет настоящей работы:

создание высокоселективных одномодовых волоконно -оптических элементов с малыми потерями пригодных для реализации высокодобротных дисперсионных резонаторов;

разработка эффективных схем . волоконных интерферометров для селекции продольных мод в качестве внешних резонаторов полупроводниковых лазеров и резонаторов .волоконных лаэероз;

' изучение возможности построения однорезонаторных систем способных к интерференционной синхронизации мод с целью создания генераторов коротких импульсов свободных от необходимости прецизионной стабилизации оптической длины, присущей двухрезонаторным схемам;

исследование возможности распространения техники интерференционной синхронизации мод на область полупроводниковых лазеров для генерации коротких импульсов с высокой частотой повторения и построение монолитпых интегральных инжекционных лазеров, работающих на этом принципе.

Основной целью исследований, составивших содержание настоящей диссертации, была разработка эффективных методов внугрирезонаторной и нтерферомегрии для контроля и улучшения когерентных свойств лазерного излучения. При этом, понимая когерентность в широком смысле, возможны два направления ПС увеличения. С одной стороны, это создание

с

одночастотных лазеров, для чего необходимо произвести селекцию продольных мод в резонаторе, т.е. реализовать необходимую частотную дискриминацию. Дру^гая возможность состоит в использовании многочастотного режима генерации, при котором относительные фазы мод поддерживаются постоянными, иначе говоря, осуществление режима синхронизации мод, В диссертации автор защищает:

—разработку технологии изготовления волоконных компонентов и создание элементов с рекордной спектральной селективностью;

—предложение • и реализацию эффективного метода генерации импульсов при пассивной синхронизации мод в полупроводниковом лазере за счет интерференционного сжатия;

—создание интегрально—оптического варианта

многофункционального инжекционного лазера с резонатором в форме активного интерферометра Маха—Цендера;

— предложение и разработку физических основ новых методов генерации коротких оптических импульсов с высокой частотой повторения с использованием внугрирезонаторных нелинейно — оптических эффектов в волоконных лазерах;

— экспериментальную реализацию новых лазерных схем с уникальными характеристиками по совокупности следующих параметров: малая длительность оптических импульсов .—10-и— Ю-13 с, большая частота повторений — Ш9—10'° Гц, высокое качество (спектрально—ограниченные ' импульсы солитоноподобной формы);

—новые метода получения одночастотного спектрально— перестраиваемого излучения в полуроводниковых и волоконных лазерах.

Апробация работы:

Предложенные оригинальные принципы построения волоконных и полупроводниковых лазеров, позволяющие генерировать сверхкороткие импульсы, монохроматическое спех.тр;1ЛЪНо—перестраиваемое излучение и ряд других практически интересных режимов работы лазеров подтверждены в исследованиях ряда зарубежных авторов. В

частности, схема волоконного лазера Для генерации солитоноподобных коротких импульсов, широко исследуемая за рубежом, впервые предложена в ходе выполнения настоящей работы. Приоритет этих исследований имеет международное признание. По теме диссертации опубликовано более 40 статей, приведенных в отдельном списке литературы. Результаты исследований были представлены в 10 докладах на отечественных и международных конференциях.

2. селективные одномодовые волоконные устройства

Одномодовые волоконные ответвцтели, в которых оптически связаны два или несколько одномодовых волоконных световодов, привлекают богатством функциональных возможностей, позволяющих использовать для многих целей даже простейшие устройства из двух световодов, например, в качестве делителей мощности, спектральных и поляризационных фильтров и т.д. Создание ответвителя состоит в формировании участка связи, обеспечивающего необходимый обмен энергией между световодами и обладающего требуемыми спектральными характеристиками. Структура участка связи может быть достаточно сложна — на нем происходит плавное изменение размеров и формы сечения связанных волноводов к. могут меняться характеристики волноводных слоев. В сплавных биконических ответпителях, о которых пойдет речь ниже контакт световодов осуществляется их сплавлением при нагреве и последующим механическим вытяжением. Принцип работы такого устройства следующий. Излучение, введенное во входной световод, распространяется в виде направляемой моды сердцевины световода. При вытяжешга световода диаметр его уменьшается в месте разогрева и образуются конусные переходы между невозмущенньш световодом и тонким участком, так что место контакта двух втянутых световодов приобретает характерную биконическую форму. При утоньшении световода может происходить значительное проникновение излучения в оболочку световода. Световоды, вытянутые таким образом и приведенные в оптический контакт.

. »югут обмениваться энергией, *>сли обладают достаточными степенью делокализации излучения и длиной участка связи. Для юго, чтобы процесс обмена энергией между световодами происходил без потерь, необходимо изготавливать .адиабатические конусные переходы, т.е. такие, которые сохраняют исходный модовьш состав, вызывая лишь его пространственную деформацию. В отличие от них, на ¡«адиабатическом конусе входная фундаментальная мода возбуждает излучательные и высшие направляемые оболочкой моды, обладающие различными постоянными распространения (12,13]. Соотношение фаз этих мод на входном конусе определяет долю энергии, преобразующуюся в выходную фундаментальную моду, остальное излучение теряется. В терминах модового состава обмен энергией между световодами ответвителя и соответствующая длина перекачки энергии определяются различием постоянных распространения симметричной и антисимметричной нижних мод составного волновода ■ участка связи. Сказанное выше иллюстрирует мвисимость проходящей мощности Р, в одном, из выходных каналов от мины участка связи ответвителя 1, представленная ¡¡и рис.1. Изменение, фазовых соотношений между модами, зависящее от длины участка связи, приводит к периодическому •ложению или вычитанию их амплитуд и, как следствие, к ;юлной перекачке энергии поочередно в один из выходных каналов ответвителя. При этом мощность Р2(1), ответвленная во второй выходной канал, осциллирует в противофазе с Р1(1), так •по суммарная мощность на выходе двух каналов остается постоянной с точностью до избыточных потерь. Точка на зависимости Р,(1), где Р,-Рг — 0.5 при минимальной длине 1, отвечает симметричному делителю мощности со • слабой спектральной зависимостью. При увеличении числа осцилляции N на зависимостях Р,(1), Р2{1) спектральная чувствительность коэффициента деления ответвителя возрастает, что открывает но.чможноегь создания спектрально—селективных элементов. Теоретический анализ работы ответвителя показал, что при ч.оо-гретствующем контроле параметров в процессе изготовления ответвителя, число осцилляций и спектральная чувствительность

О 15 20 25 30

1, ым

Рис.1 Зависимости мощности в кытоднкгт каналах ответвателя от длины участка сплавления световодов, шлучеввые в процессе вытяжения.

коэффициента деления находятся в однозначном соответствии 112}. В этом случае достаточно остановить процесс сплавления — вытяжения световодов, совершив необходимое количество осцилляций, для получения заданной спектральной селективности. Коэффициент деления ответвителя синусоидальным образом зависит от длины волны, поскольку ответвитель является фактически двухлучевым интерферометром. На рис.2 показаны спектры пропускания • каналов ответвителя, соответствующего N = 2,5 осциляции на зависимостях Р12(1). Такой ответвитель может . служить мультиплексором — демультиплексором для длин волн 1.3 и 1.55 мкм с развязкой между каналами 20 дБ при спектральной полосе входного излучения 50 нм. При уменьшении спектральной ширины источников излучения развязка существенно возрастает. На рис.3 суммированы экспериментальные данные по измерению спектральной силы К ответвителей с различными значениями N. Спектральная сила К ответвителя определялась

как Я=Я/ДА, где ДА, — полупериод спектральной зависимости коэффициента деления. Рекордное значение , спектральной силы К = 1.1х104 достигнуто для ответвителя с N = 4500, что позволяет разделять оптические сигналы со спектральным

расстоянием ДЯ= 7х 10~2 нм. Управляемая персональным компьютером технологическая установка 114], созданная в процессе выполнения настрящих исследований, позволяет изготавливать элементы с потерями менее 0.1 дБ и хорошей воспроизводимостью, что дало возможность перейти к экспериментальной реализации программы волоконной интерферометрии.

3. волоконно-оптические интерферометры

Развитая технология' цальноволоконных оптических элементов - ответвителей, мультиплексоров, спектральных фильтров на основе волокон с депрессией показателя преломления в оболочке — позволила создавать достаточно сложные многофункциональные интерферометрические схемы

1200 1400 1600

Д лина волны, нм

Рис. г Спектры пропускания двух каналов спектрально - сялеяотшого отаехвнгеля разделяющего (объединяющего) излучения с длинами волн 1,3 п 1£5 косы, имевшего число оошлляций N=2^5 на зависимости проходящей мощкосга от ддяны вьггяжеякя Развязка между каналами - более 20 дБ.

Рис.3. Спскхральная зависимость спектральной силы И ответат-аля от кодичетаа биений N шзтексивносга в процессе оглавления и вытяжении световодов.

для внутрирезонаторного контроля когерентных свойств лазеров. При зтом усложнение оптических схем не вызывает серьезных трудностей при их изготовлений и позволяет реализовать конструкции с уникальными спектральными характеристиками, построение которых из дискретных элементов было бы вряд лк оправданно. Фрагментами, оптических схем, о которых дойдет речь, йбляготся хорошо известные в классической оптике двухлучевые интерферометры Саньяка, Маха— Цендера и многолучевой кольцевой интерферометр (показаны на рис.4а,б,в, соответственно), поскольку они достаточно просто выполняются в волоконном варианте и естественным образом интегрируются в сложные конфигурации.

Для дискриминации продольных мод в лазере необходимо, чтобы спектральная селективность диспергирующего элемента была сравнима с межмодовым интервалом. Спектральное пропускание интерферометра Маха—Цендера синусоидально зависит от длины волны; соответствующим разбалансом длин плеч легко реализовать спектральный период, сравнимый с межмодовым интервалом [14]. Дополнительная селективность, сравнимая с шириной кривой усиления лазера, может быть введена при использовании селективного бтветвктеля в качестве одного из ответвителей, образующих интерферометр Моха-Цендера. Интерферометр Саньяка, образованный симметричным ответвителем, является глухим (петлевым) волоконным зеркалом — аналогом трехзеркального антирезонаксного отражаг-ля. Сочетание его с интерферометром Маха — Цеидера, как показано на рис,5а, делает интерферометр отражающим селективным зеркалом. Спектр отражения приведен на рис.55.

Волоконный кольцевой интерферометр (рис.4в) яростейпгай резонатор высокой разрешающей силы — во-первых, не имеет отражения назад (исключая обратное рэлеевское рассеяние, которое будет обсуждаться ниже) и, по -вторых, имеет сравнительно малую область свободней дисперсии {с/пЦ, поскольку сделать малой его оптическую длину п1. весьма затруднительно. Использование интерферометров Саньяка и Маха-Цендера в комбинации с

а

J

ВнсА Водхжоанскшжчбсква нт^еэфаромеяры:

б - МататЦеэздера; . в - кольцевой.

Прякюух^хлшик - сжешепЕчеокое тсбрагхенш шдразлеаного oïБвхш£гшщ.

•зол

Длина болны, нм

РпСи5. Петлевой отражатель со шалом через интерферометр Маха-Цеядещ (а) и спектр ого пропускания (о).

кольи,о!'.;,1м интерферометром позволяют модифицировать его свопстиа, и частности, а широких пределах менять величину отражения интерферометра и существенно расширить его область свободной дисперсии при сохранении высокой добротности. На рис.б представлена схема кольцевого интерферометра с внутренним петлевым отражателем. При увеличении коэффициента отражения внутренней петли за счет изменения коэффициента перекачки ответвителя его образующего, спектр пропускания характерный. для кольцевого интерферометра в случае слабого отражения (рис.7а), плавно изменяется, переходя при полном отражении петли в спектр интерферометра Фабри —Перо с той же оптической длиной (р;к:.7н). В промежуточных случаях (рис.7б), резонанс исходного кольцевого интерферометра распадается на два резонанса. При этом отраженное назад от интерферометра излучение также существенно меняется, позволяя тем самым менять уровень обратной связи при использовании его в качестве элемента внешнего резонатора.

Расширение области свободной дисперсии возможно при использовании селективного -отвепштеля, замыкающего кольцо, однако проще реализовать и использовать кольцевую схему с внутренним интерферометром Маха —Цсядера, показанную на рис.8. Расширение области свободной дисперсии происходит в ней за счет подавления части резонансов в тех областях спектра, где селективность интерферометра Маха —Цендера "выключает" добротность кольца. На рис.9 приведен спектр пропускания

такого интерферометра при X — 1.58 мкм с областью свободной дисперсии расширенной в 5 раз по- сравнению с обычным кольцевым резонатором аналогичной длины. Интерферометр имел 1о~2А м, Ь, = 0.9 м и =0,3 м, с помощью шлаокерамических модуляторов сканировались длины и

Следует отметить, что предложенные модификации кольцевого интерферометра позволяют сохранить его высокую добротность. В наших экспериментах их резкость (отношение области свободной дисперсии к ширине резонанса) превышала 500.

Pscß. Схша волоконного зшшцеюою ЕЕ^рфароышра с внутренним Еетлевым отражателем (зверку).

Рей-7. Ссеторк ярощгпсалия знтерферсиетра с даизш 2 м при увеличении шргшоания шугренкот ввюш: а - нулевое отражение? б - аршежуточЕаый слутай; з » шушое отфажедаа,

Еес.8. Кольцевой итвоферомехр со ваодом через гшгерферог.кяр Маха - Цецдера.

Рис. 9. Спектр пропускания интерферожгра с параметрами: L^— 2,1 м Д = 0,9 и, La— 03 м.

4. ВОЛОКОННЫЕ РЕЗОНАТОРЫ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ПРОДОЛЬНЫХ МОД И СУЖЕНИЯ линии ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И ВОЛОКОННЫХ ЛАЗЕРОВ В области применения внешних резонаторов для улучшения когерентных свойств полупроводниковых лазеров можно выделить два аспекта. Во—первых, широко используемые инжекщгонные лазеры с резонатором Фабри — Перо, образованным гранями полупроводниковой пластины, имеющим малую селективность и не гарантирующим одномодовый режим при изменении тока на качки и рабочей температуры, особенно, если речь идет о высокочастотной токовой модуляции, требуют простых методов выделения и контроля одной продольной моды диодного лазера. Во—вторых, игокекциониые лазеры, в которых одггомодовый режим обеспечен их конструкцией,, например, применением распределенной обратной связи, имеют ширину линии обычно не менее 10 МГц из — за малой длины диодного резонатора, что не достаточно для ряда применений и требуется дальнейшее сужение линии'.

Решение первой задачи успешно достигается применением селективных волоконных отражателей, один из вариантов которых описан в предыдущем разделе. Для этой цели одна из граней ипжекциоиного лазера (иногда имеющая просветляющее покрытие) оптически согласуется со входным световодом волоконного отражателя через микролинзу, сформированную методом оплавления на предварительно угоньшенном (для согласования геометрии мод лазера и оптического волокна) торце световода. Одна из исследованных схем этого тина представлена на рис.10. При достижении оптимального согласования (коэффициент ввода излучения в одиомодовий световод обычно составлял 40—70%), во-первых, понижался порог лазерной генерации и, во—вторых, при надлежащей настройке отражателя происходило возбуждение единственной продольной моды диода, совпадающей с максимумом отражения волоконного селектора. На рис,11а,б представлены спектры лазера без внешнего отражателя и с ним, В таком лазере присутствует эффект составного резонатора — комбинирование селективности внешнего резонатора и резонатора диода,

Sate. íü Gzms лазера с иолокоиньш дисперсношш сщйжетешмс, аналогичным хшшудшвшу на . ркс5. ЛД - лазерный диод.

б

Л_U_

Ш7

1317

волны, им.

132?

Ряс. iL Омэяри лазера без оитеческай обратной osagg (а) » с обратной связьзо çSjt

играющего роль внутрирезопоторпого эталона Фабри — Перо. Влияние; последнего, н ирйицине, можно уменьшить тщательным просветлением, однако и в этом случае при спектральной перестройке с помощью волоконного отражателя выходная мощность увеличивается и уменьшается с периодом равным спектральному расстоянию между продольными модами диода.

Д1я сужения линии генерации исходно ©дкомодоэых лазерных диодов перспективно использовать многолучевые отражательные интерферометры, при этом необходимо, чтобы область свободной дисперсии интерферометра превосходила начальную ширину линии диода. Таким образом обратная связь осуществляется отражением, соответствующим единственному резонансу интерферометра. Для этих целей мы успешно применяли отражатель, представленный на рис.6. Помимо этого, использование оптического волокна дополнительно предоставляет интересную возможность д*.я резкого сужения линии. Известно, что обратное рэлеевское рассеяние из протяженных световодов (длиной более 50 м) существенно сужает линию генерации [5]. Однако флуктуации температуры, механических напряжений и т.п. в световоде приводят к случайным перескокам частоты в пределах ширины линии излучения лазерного диода, которая наблюдается до согласования его со световодом. Использование та кого рода сужение линии представляется малопригодным и обычно рассматривается как паразитная обратная связь при. введении излучения в световод, приводящая к дополнительным шумам. Наша попытка преодолеть эти трудности состояла в предложении использовать обратное рэлеевское рассеяние из высокодобротного резонатора, образованного кольцевом волоконным' интерферометром. Применение кольцевого интерферометра позволяет, во-первых, при малом периметре кольца увеличить эффективную длину рассеяния и, во —вторых, ограничить область перескоков частоты излучения лазера шириной резонанса кольца. При совпадении частоты излучения лазера с резонансной частотой интерферометра, излучение накапливается в кольце, совершая в нем значительное количество проходов вследствие его высокой добротности.

приводя тем самым, к многократному возрастанию обратного рзлеевского рассеяния. Вдали от резонансов кольцевого , интерферометра отраженное назад излучение уменьшается, поскольку рассеяние там происходит на сравнительно небольшой длине |6]. На рис, 12а представлена оптическая схема эксперимента, ¡выполненного с одаомодовым лазерным диодом с

длиной волны ЯяН.58 мкм й исходной шириной линии 100 МГц {рис. 126). В эксперименте были предприняты специальные меры для предотвращения паразитных отражений. На рис,12в показан спектр лазера оптической обратной связью от кольцевого интерферометра длиной 1 м и резкостью 100, измеренного на сканирующем интерферометре с разрешением 50 кГц. Как и в первом случае, приведены два порядка пропускания сканирующего интерферометра, Измеренная ширина линии в данном эксперименте определялась разрешением сканирующего интерферометра. Последующие эксперименты доказали, что ширина линии такого лазера лежит в субгерцовом диапазоне (=0,6 Гц [151 ). • •

Волоконные лазеры также вызывают значительный интерес с точки зрения построения на их основе спектрально перестраиваемых источников одночастотного излучения. Обычно исследуются схемы, включающие спектрально — •селективные ' элементы — эталоны Фабри —Перо, дифракционные решетки — и оптические фарадеевские изоляторы для обеспечения однонаправленной генерации в кольцевой геометрии и предотвращения пространственного выгорания инверсии в пучностях стоячей волны, ведущего к срыву одномодоаой генерации {16-18]. Такие схемы обладают тем недостатком, что в них теряется цельноволоконная, оптически однородная структура лазера и, как следствие, они имеют значительные потери, связанные с оптическим согласованием обьемных элементов с одномодовыми световодами. Для преодоления этих трудностей нами был предложен н реализован волоконный лазер, схематически показанный на рис.13, являющийся модифицированным кольцевым интерферометром с внутренним интерферометром

¡Рис 22. а- сшззгаеская сша , б - ог&стр излучений гаощраванного лшщжш® диода. Исходная, ширина айнш - 100 МГц. в- сиекзр заалучшяа, с обржгаой сьягьга sa mm обратного ралвеаското расоззташ та »ааовшнсто кслэдезога шдаерферомезсрзи Р&фвшшнв - SS В обода: случает показаны де® дарядаа шршускдаш скашр^сщшэ .шщрота&шст нотерфержгжра,

Дшроотиый отваггветадь нм - 1560 ныг

Накачка на

БСЦЩЫ ~

Аетшшдй эрбкгпый световод

йас.13. Одрдоасготый кольцевой волоконный лазер с шдшалрзтегаой resepa дкей тез аавзанмных алемеюгсз

Маха—Цендера, рассмотренным Rbinre (см. рис.8). Световод легированный ионами Ег3+ до концентрации 400 ррт длиной 18 м располагался в одном из плечей интерферометра Маха— Цендера, образованного двумя спектрально неселекггивными ответвителями, один из которых был симметричным делителем мощности, другой имел значительную (более 10 дБ) асимметрию коэффициента деления. Оптическая накачка производилась непрерывным перестраиваемым лазером Cr4YAG {19j, настроенным на длину волны 1480 нм, с выходной мощностью до 300 мВт через селективный • дихроичный ответвитель, пропускающий в кольцо излучение накачки и запирающий в кольце сигнальное излучение на длине волны 1560 нм. Оптическая развязка ответвителя для /ушн волн 1480 нм и 1560 нм превышала 20дБ. Балансировка длии плечей интерферометра Маха —Цендера с целью управления спектральной характеристикой резонатора и выделения единственной продольной моды, осуществлялась с помощью нагревателя, расположенного в одном из плечей интерферометра. Коэффициент деления входного асимметричного ответвителя и усиление активной среды выбирались такими, чтобы волны, интерферирующие на выходном симметричном ответвителе, имели равные амплитуды. В этом случае достигается высокий контраст интерференции и, как следствие, для оптимальной частоты излучения реализуется высокая . добротность для генерации в направлении распространения по часовой стрелке (рис.13). В противоположном направлении излучение, прошедшее активную среду,' преимущественно выводится из резонатора на асимметричном ответвителе. Таким образом, при оптимальной настройке удается полностью подавить двунаправленную генерацию без использования невзаимных элементов и предотвратить возниковение многомодовой генерации вследствие пространственного выгорания дыр в инверсии. Одномодовый режим генерации проиллюстрирован на рис. 14а,б спектрами, полученными с помощью монохроматора с разрешением 0.1 им и сканирующего интерферометра с областью свободной дисперсии 100 МГц.

< •v.

1500

гз

Д\ина

1550 волны,

1600

нм

•^.imrvr'

*ичг «г

Í00 МГц

Рюс. 14. Оптические спектры кольцевого лазера с Ентерферонетрон Маха - Цендера, пол.ученные с помощью монохроматора (а) и сканирующего интерферометра с областью свободной /уасперсии 100 МГЦ (б).

Выходная мощность составляла 15 мВт при 70 мВт мощности оптической накачки, поглощенной активной средой.

5. однорезонаторные системы для пассивной синхронизации мод

Полупроводниковые лазеры, ряд твердотельных систем, в том числе волоконные лазеры на основе световодов легированных ионами редкоземельных элементов, имеют значительную ширину спектральной полосы усиления и способны генерировать субпикосекундные импульсы. Это означает, что уже при сравнительно небольшой средней мощности возможно достижение значительных величин пиковых мощностей в импульсном режиме. Предметом последующего изложения является рассмотрение интерферомегрических резонаторов с учетом специфики импульсного режима генерации, означающего необходимость учета внутрирезонаторных нелинейно—оптических эффектов. Как уже указывалось во Введении, связанные резонаторы с нелинейностью позволяют резко. улучшить качество синхронизации мод, а в ряде случаев реализовать режим самостартующей пассивной синхронизации мод. Теоретически и экспериментально показано (20 — 25], что солитоиный лазер представляет собой частный случай двухрезонаторных лазерных систем с. нелинейным внешним резонатором, в которых улучшение синхронизации мод возможно и в отсутствии солитонного характера распространения оптического импульса. В этом случае наличие дисперсии определенной величины и знака не является принципиальным [20]. В таких лазерных системах уменьшение длительности импульса происходит из—за интерференции излучения выходящего из основного и внешнего нелинейного резонаторов. Поскольку фаза излучения, вернувшегося из внешнего резонатора, зависит от мощности, выбором параметров зеркала, на котором происходит интерференция, и расстройкой длин резонаторов вблизи точки синхронизма достигается условие, при котором конструктивная интерференция имеет место лишь для пиковой мощности импульса, в то время как крылья импульса разрушаются. Иными

словами, в такой схеме реализуется динамическая добротность связанных резонаторов, дающая сокращение длительности импульсов в режиме активной синхронизации мод а при определенных параметрах приводящая и к пассивно^ синхронизации мол экспериментально наблюдавшейся для солнтониого лазера |21{.

Серьезной проблемой лазеров со связанными резонаторами является необходимость в стабилизации с интерферометричпской точностью оптических длин резонаторов вблизи точки синхронизма |21 ¡. В настоящей работе предложена схема лазера с нелинейным волоконным резонатором, реализующая интерференционное сжатие импульса, в которой интерферирующие импульсы автоматически находятся в синхронизме. Рассмотренная однорезоиаториая схема, свободна от необходимости стабилизировать оптические длины связанных резонаторов вблизи точки синхронизма.

При рассмотрении способности той или иной оптической схемы к пассивной синхронизации, мы руководствовались на начальном этапе энергетическими соображениями, именно, переход к синхронизации мод должен сопровождаться увеличением добротности резонатора, т.е. импульсный режим должен иметь меньшие потери, чем, скажем, непрерывный режим с той же средней мощностью. Разумеется, это условие не является достаточным, однако оно крайне полезно с методологической точки зрения.

В основе рассмотренных ниже схем волоконных лазеров с пассивной синхронизацией мод лежит нелинейное волоконное зеркало в форме петли (синонимы - нелинейный интерферометр Саньяка, антирезонансный отражатель), показанное на рис,4а, которое было впервые предложено в \22\ для оптических переключений. Его функциональные возможности иллюстрирует рис.15, на котором представлена зависимость отражения (пропускания) от уровня входной мощности. Малые потери оптического одномодового волокна и элементов на его основе — ответвителей, мультиплексоров — позволяют создавать резонаторы большой длины, что дает возможность эксплуатировать нелинейные свойства петлевого

2У

Рис. 15. Функция отклика иелшгейного интерферометра Саньяка для двух значений невзаимной фазы в пеюиа.

зеркала при использовании в качестве активной среды волоконные или полупроводниковые усилители малой средней мощности. Рассмотрим свойства лазера с линейной геометрией резонатора, в котором одним из зеркал является волоконный яетлевой отражатель (ВПО) с несимметричным ответвитслои. При учете нелинейности, излучения, распространяющиеся в таком ВПО в противоположных направлениях, набирают из—за отличия в мощностях, различные фазы }22]. Такая фазовая разбалансировка при увеличении мощности приводит к уменьшению с ражения ВПО по сравнению с линейным случаем. Введение в ВПО невзаимного элемента позволяет создать различие в набегах фаз у встречных излучений уже в линейном случае, то есть при малых интенсивностях, когда фазовой , самомодуляцией можно пренебречь. Поскольку отражение петли зависит от невзаимной фазы (или поворота плоскости поляризации), как показано на рис.15, выбором невзаимного элемента можно достичь минимального отражения при малых мощностях, излучения, в частности на крыльях импульса, н максимального для центра импульса, где ощутим вклад нелинейности. Фактически при наличии невзаимного элемента существуют два связанных резонатора, в которых излучение распространяется во встречных направлениях, а их оптические длины равны (синхронны) лишь д\я пиковой интенсивности, для которой начальная фазовая расстройка компенсируется разностной нелинейной фазой. Если невзаимная разностная фаза <}> не превышает п и противоположна по знаку нелинейной разностной фазе, излучение с большей мощностью имеет больший коэффициент отражения из ВПО, что приводит к положительной обратной связи. Невзаимная фаза может возникать при вращении ВПО или вводиться иными способами, например, вследствие эффекта Фарадея или за счет внесения внутрь ВПО несимметрично расположенного фазового модулятора, либо за счет двулучепреломления в световоде.

Распространение излучения в волокне будем описывать нелинейным уравнением. Шредишера в бегущих координатах T}=t—z/u:

öA/öz - i 0 .бк^А/дцЧр, | Aj (О, где и — групповая скорость, параметр к2 учитьшает линейную дисперсию среды во втором приближении, ßs — нелинейный коэффициент, а А,(1) — амплитуда излучения, распространяющегося внутри ВПО в одном из направлений и связанная через амплитудные коэффициенты прохождения t или перекачки р отвегвигеля с амплитудой А(1) входного излучения {12 —13]. Амплитудные коэффициенты отражения R = ipr(l+Qexpi^ и пропускания Т— (?г£-рг)ехрк; ВПО выражаются через набег фазы 4 в волокне и фактор С характеризующий невзаимность. В случае нулевой дисперсии, когда к2 =0, можно явно записать фазу E^-ß^jAFL+üjo и фактор £=expi(<X>—ß, (i2 —р2) |AJ2 L), где L — длина петли, а Нелинейная фаза.

Излучение, отраженное от ВПО, проходит при необходимости, амплитудный модулятор, использующийся для активной синхронизации мод, с пропусканием 1 - M{i +cos<»Mt), индексом модуляции М и частотой модуляции о>м, соответствующей межмодовому интервалу лазера, а также активную среду, связывающую Фурье —компоненты А"(а>) амплитуды на каждом проходе: An+l = a/{<l+<ö)/Aci>)2)<l+eI)}AD, где I=j(A|2dl и е, а, Дсо — факторы насыщения, усиления и ширина

полосы, соответственно.

Наиболее эффективгхую положительную обратную связь из ВПО можно получить, когда Ф=я, а длина L выбрана такой, что для пиковой интенсивности импульса £=1. В этом случае при малых мощностях излучения, в частности на крыльях импульса, отражение из ВПО отсутствует, а для центра импульса оно максимально! Чтобы генерация развивалась из шумового излучения малой интенсивности, необходимо создать ненулевую

добротность при малых мощностях, для чего Ф должна быть несколько меньше те.

На рис, 16 показан процесс развития генерации из шумов ¡три пассивной синхронизации мод нелинейным ВПО с параметрами: р2=0,42; а = 10,6; До>=6; е -1,8; к2 =0; р, = 1; Ь=0,07; Ф=0,93я. Для разрушения неустойчивых состояний фазовые и амплитудные шумы добавлялись при каждом проходе излучения через резонатор. Как показали расчеты, по сравнению с нелинейной пассивной синхронизацией мод, импульс, полученный при активной синхронизации мод в наиболее благоприятном случае (отсутствие шумов, 100%—ая глубина модуляции), имеет существенно большую длительность и меньшую пиковую мощность.

Численный анализ с учетом дисперсии групповой скорости в волокне показал, что в широком диапазоне значений и произвольном знаке к2, разрушения режима пассивной синхронизации мод не происходит.

Фазовая самомодуляция излучения, распространяющегося в нелинейной среде, часто применяется для увеличения ширины спектра оптического импульса с целыо его последующего сжатия в компрессоре с необходимым знаком дисперсии групповой скорости. Недостатком пассивных схем сжатия импульсов является образование пьедестала, содержащего значительную часть энергии. С этой точки зрения предпочтительны активные системы формирования импульса, например, лазер с синхронизированными модами, в котором пьедестал незначителен. Однако, ширина спектра и, соответственно, длительность импульсов ограничены шириной кривой усиления активной среды как в традиционных схемах синхронизации мод так и в улучшенных за счет оптической связи с внешним нелинейным резонатором. Хотя в последнем Случае двухрезоиаторных систем уменьшение длительности импульса происходит из—за интерференции излучения основного резонатора и излучения, испытавшего фазовую самомодуляцию во внешнем нелинейном резонаторе, нелинейный набег фазы для пиковой мощности импульса при

Рис 16. Временная эволюция шшульса при тссивкой шшфонизапраи мод, стартующей из затравочных шумов, в лазере е нелддейтшм воллкоппьг.1 петлевым отражателем. Представлен случай отрицательной дисперсии в световода (к = - 1).

устойчивой генерации не должен превышать тс/2 {23|, поэтому уширение спектра в нелинейной среде мало и не оказывает значительного влияния на выходной спектр лазера.

В отличии от лазеров со слабосвязанными основным и нелинейным резонаторами, лазер с нелинейным ВПО имеет единый нелинейный резонатор и, гак как за формирование импульса отвечает разностная нелинейная фаза, появляется возможность существенйо расширять оптический спектр за счет увеличения полной нелинейной фазы для излучений, распространяющихся в ВПО в противоположных направлениях. На рис.17 сплошными кривыми приведены нормированный на энергию' спектр импульса, и спектральная зависимость оптической фазы <р, свидетельствующая о полной синхронизации мод. Спектр импульса в =5,5 раз шире кривой усиления активной среды, показанной на рис.17 пунктиром. Из—за сложной структуры лазера вид импульса может существенно изменяться по мере распространения по резонатору, поэтому место вывода импульса из резонатора следует выбирать в зависимости от поставленной задачи. Так после прохождения активной среды пиковая мощность импульса увеличивается в н2 раза и он становится спектрально— ограниченным, однако длительность такого импульса увеличивается, так как его спектр лишь на 20% шире кривой усиления. Таким образом, лазер с пассивной синхронизацией мод за счет нелинейного переключения в ВПО способен генерировать импульсы близкие к спектрально—ограниченным, спектр которых существенно превышает ширину кривой усиления лазера. Иными словами, рассмотренная схема сочетает функции фазовой модуляции и внутрирезонаторной компрессии.

Дальнейшее развитее данной схемы связано с попыткой исключения кз нее необходимости в невзаимной расстройке фаз в петле для встречных волн, что экспериментально реализуемо [24], однако представляется серьезным ее усложнением.

Возможная реализация такого лазера показана на рис. 18. Резонатор лазера представляет собой модифицированный

Рис. 1?. Спектр импульса на выходе нелинейного петлевого отражателя и сооташотгу ющее ему распределение оптической фазы . Спеваралькая полоса усиления, испольэоадтшйя в численны! расчетах, гютааана пужщш.

Оптическая накачка через дихроичные ответвителл

Активная среда {волокояяыи усилитель)

Активная (волпяшн усилитель)

Оптический изолятор

(диоа)

Однопаправленпая Двунаправленная петля нелинейная

петля

Рис. 1Й. Схема кольцевого волоконного лазера с пассивной сзяшфонизацней мод. Возможно ишольэоваЕие одного «шшшш ушлнтеля.

кольцевой волоконный интерферометр, работа которого в линейном режиме' рассмотрена выше (см. рис.6), содержащий дополнительно отрезок активного световода (вариант лазера с двумя волоконными усилителями также обсуждается ниже) и работающий на проход нелинейный ВПО с несимметричным ответвителем. Далее всюду для простоты будем предполагать, что излучение испытывает нелинейные искажения (дисперсию, фазовую самомодуляцию) лишь в пассивном световоде внутри ВПО, пренебрегая нелинейностью в активной среде. Оптический изолятор обеспечивает однонаправленную генерацию вне ВПО. В отличии от нелинейных петлевых отражателей, петля, введенная в кольцевую схему, действует как фильтр с нелинейным пропусканием: для больших интенсивностей пропускание петли увеличивается, следовательно,! возрастает добротность кольцевого резонатора.

Существенным компонентом схемы является несимметрично введенный в ВПО точечный источник потерь (либо усиления), увеличивающий различие в интенсивкостях волн, проходящих через нелинейную среду в противоположных направлениях и приводящий поэтому к возникновению дополнительной разностной фазы. В этом случае излучение, распространяющееся в одном направлении, сначала испытывает потери (усиление) и затем фазовую самомодуляцию, а в противоположном' направлении очередность воздействий обратная. Оба механизма создания разностнрй фазы способствуют развитию пассивной синхронизации мод в рассматриваемом лазере и выполняют различные функции. I Несимметричный ответвитель ВПО создает ненулевое пропусканию петли для слабых мощностей, что необходимо для развития генерации из шумов, и обеспечивает увеличение , пропускания ВПО за счет фазовой самомодуляции при возрастании мощности. Несимметричное введение потерь (усиления) позволяет получать разностную фазу при меньшей суммарной нелинейной фазе и поддерживать требуемое для стабилизации сформированного импульса соотношение между полными разностной и суммарной фазами.

Детальный анализ (25) позволил идентифицировать режимы работы лазера и связать их параметрами резонатора. Особо хотелось бы отметить два практически важных момента. Отрицательная дисперсия в световоде, позволяющая формироваться солитоноподобным оптическим . импульсам, благотворным . образом влияет на процесс пассивной синхронизации мод. Это обстоятельство иллюстрирует рис.19. Стационарная синхронизация мод в области отрицательной дисперсии световода приводит к формированию спектрально— ограниченных имшульсоа, при этом малое абсолютное значение дисперсии позволяет получать импульсы, соответствующие полной фазовой синхронизации спектральных компонент в пределах всего контура усиления. Это показывает исключительную эффективность данного механизма синхронизации мод. Впоследствие эти выводы были подгвёрждены в ряде экспериментов (26—28}, в которых была реализована пассивная синхронизация мод с длительностью импульсов =100 фсек. .

Кроме того, недетерминированность частоты повторения, в силу ' пассивного характера синхронизации, позволяет реализовать режимы с несколькими импульсами на временном интервале, равном полному обходу резонатора (синхронизация мод на' гармонических частотах). Зависимость количества импульсов от длины "нелинейного" световода в В ПО представлена на рис.20. При увеличении длины световода происходит распад предыдущего состояния и образуется новое с большим числом импульсов такое, чтобы меньшая пиковая Мощность вновь образованных импульсов по—прежнему соответствовала бы разностной нелинейной фазе эгс при их интерференции на ответа ителе и, таким образом, осуществлялось эффективное нелинейное переключение ВПО на проход. Экспериментально такое возрастание количества импульсов реализуется увеличением мощности накачки, эквивалентным удлинению световода,

D

Рис Î9. Зависимость длительности импульса % и параметра качества импульса К от диснерсзя

световода D для кольцевого двузнетлеззого валоксяною лазера (рне.18). К - нормированное произведение длЕггельносга на спектральную полосу. К = 1 соответствует шезстралшо •» ограЕнчешювгу импульсу.

1_

РнсЖ Зависимость шоковой интеноавносги (Р) импульса в режиме стационарной пассивной штфошштртги: мод огг длены нелинейной волоконной иеяли (Ц. Цифры у кривых вокаашшот количество шшульсов в резонаторе на одеон полном проходе. Пунктиром отмечены метаотабшуьыые состояния.

е. волоконный лазер с гибридной синхронизацией

мод

Несмотря на сравнительно большую длину волоконных лазеров (~10м), необходимую для функционирования нелинейного ВПО, в силу того, что при пассивной синхронизации мод частота повторения строго не задана, они способны работать, со значительными частотами следования импульсов кратными фундаментальной частоте резонатора. Экспериментально наблюдалась пассивная синхронизация мод на гармонической частоте в несколько десятков гигагерц при основной частоте, соответствующей обходу резонатора, в несколько мегагерц [26}, однако ири этом частота повторений испытывает значительные флуктуации. Стабилизацию частоты можно достичь определенными усложнениями схемы [28], которые, однако, не приводят к одновременной стабилизации пиковой интенсивности импульсов. Для преодоления этих трудностей перспективным подходом является гибридная (комбинированная) синхронизация мод при которой частота следования задается стабильным модулятором, инициирующим активную синхронизацию мод в то время как форма имульса определяется в основном внутрирезонаторными нелинейно — оптическими элементами, например, такими как ВПО.

Еще одно обстоятельство, делающее привлекательным гибридную синхронизацию мод, состоит в возможности изменения пиковой мощности импульсов и, в частности, ее значительного увеличения. Дело в том, что при пассивной синхронизации мод за счет изменения нелинейного отклика внутрирезонаторного интерферометра Саньяка, величина пиковой мощности жестко связана с разностью фаз интерферирующих, импульсов и, вследствие этого, с рабочей, точкой (значением отражения/пропускания) ВПО. Изменение пиковой мощности при изменении усиления в ВПО (мощности накачки) сопровождается значительным изменением формы импульса, поскольку изменение усиления приводит к новому значению разбаЛансировки ВПО для противоположных направлений распространения в нем. Именно, уменьшение усиления в ВПО и связанное с ним уменьшение средней

мощности генерации, соответствует более симметричному состоянию ВПО для двух направлений обхода, что в свою очередь требует большей' пиковой мощности для достижения нелинейной разности фаз, обеспечивающей рабочую точку ВПО с эффективным переключением. Это становится возможным лишь при значительном уменьшении длительности импульса. При увеличении усиления в ВПО ситуация противоположна: большая разбалсшсировкг ВПО для двух направлений распространения при большей средней мощности требует меньшей пиковой мощности, что приводит к резкому увеличению длительности импульса. Этот недостаток схемы можно в; некоторой степени устранить путем введения еще одного усиления вне ВПО, как показано на рис.18. Возникающая при этом дополнительная степень свобода позволяет независимо балансировать значение средней мощности и положение рабочей точки ВПО и, таким образом, компенсировать в определенной степени изменения формы импульса при изменении его пиковой мощности. Однако с практической точки зрения, это г метод может оказаться громоздким.

Интересная возможность значительного увеличения пиксвой мощности импульсов может быть реализована при использовании рабочей точки ПВО, соответствующей второму (или более высокому) максимуму на характеристике нелинейного отклика ПВО (рис.15). Наши расчеты показали 129], что возможно, получение устойчивой синхронизации мод при использовании второго локального максимума отражения нелинейного интерферометра Саньяка при инициировании генерации инжекцией . в резонатор соответстгокяцето затравочного импульса. Такой режим работы ВПО может быть практически реализован. при комбинированной синхронизации мод, когда частота следования задается активным модулятором, а форма импульса формируется переключением в ВПО. В схеме с чисто пассивной синхронизацией мод, стартующей из шумов, при увеличении накачки наиболее вероятен переход к генерации с большим числом импульсов на периоде обхода резонатора, чем переход в режим, соответствующий второму

порядку нелинейного отклика ШЮ, поскольку vacroT* следования импульсов жестко не детерминирована.

В исследованном волоконном лазере с гибрид!" »и синхронизацией мод, показанном на рис.21, в качеств-модулятора применен полупроводниковый усилитель, нелинейный ВПО с усилением используется для укорочение импульса, подобно быстрому насыщающемуся поглотителю. Достоинство инжекционного лазера с полосковой волноводнок. структурой в этой схеме заключается, во—первых, в возможности обеспечения низких потерь при оптическом согласовании его со световодом и, во—вторых, высокие частоты, доступные при прямой модуляции тока накачки, позволяют просто настраиваться на необходимую частоту кратную основному резонансу. Использование активной синхронизации позволяет упростить схему, поскольку не требуется обеспечение условий для саморазвития импульсов из малого затравочного шума. В связи с этим мы использовали линейную геометрию, в которой не требуются фазосдвигающие или другие невзаимные элементы. Кроме того, импульс за один полный обход резонатора дважды проходит нелинейный ВПО; в связи с чем нелинейные свойства последнего обостряются. Резонатор лазера образуется внешней гранью полупроводникового диода и волоконным зеркалом, содержащего световод малой длины, такой что нелинейные эффекты в нем пренебрежимо малы. Это волоконное зеркало служило выходным зеркалом лазера с коэффициентом отражения 80%, что достигалось соответствующим коэффициентом деления ответвителя его образующего. Лазерный диод на основе четырехкомпонентного твердого раствора InGaAsP с зарощенной мезаполосковой структурой имел антиотражающее покрытие на внутренней грани, обращенной к волоконной части резонатора.

Световод легированный ионами Ег3+ до концентрации 600 ррш длиной 1.8 м располагался асимметрично в ВПО и имел дополнительное легирование А1203 с целью расширения и уплощения спектральной кривой усиления активного световода [30J. Длина пассивного световода в ВПО была 25 м, а полная

Нелинейный интерферометр Саньяка с усилением

Накачка на длине волны 980 ям:

Активный световод легированный ионами эрбия

№ ОС

О- -т -О

' !

»

ответвигель 980нм - 1550нм

Контроллеры поляризадрггес

Полунрозодникозый

Огаетшигель с симметричным делением на 1550 вм

/

тО

20 % - вое

нытодное

зеркало

Рис 21 Вслконный лазер с гибрцдной синхронизацией мод.

длина резонатора 'соответствовала фундаментальной частоте повторения Г0 = 2.2 МГц.

Оптическая накачка осуществлялась непрерывным

перестраиваемым Т1:Л1г03 лазером на длине волны 900 нм через дихроичный ответвитель — мультиплексор. Лазерный диод монтировался на Псльтье регулятор, что позволяло изменением рабочей температуры диода совместить г центральный контур его

усиления с центром волоконного усилителя Ян1535 нм. Лазерный диод накачивался либо импульсами тока длительностью I нсек, либо гармоническим сигналом на частотах кратных полному времени обхода резонатора. Следует отметить, что кроме обычных функций инициирования импульсной генерации и укорочения длительности импульса, которую выполняет модулятор в схеме активной синхронизации мод полупроводниковый усилитель, имеющий в отсутствии накачки значительное поглощение на рабочей длине волны вблизи межзонного перехода, позволяет эффективно подавлять излучение отраженное (непереключенное) от ВПО. Однако нами было найдено, что экспериментально достаточно просто обеспечить условия, при которых отражение от ВПО назад полностью отсутствует, т.е. имеет место эффективное нелинейное переключение в ВПО, На рис.22 приведены последовательности импульсов при синхронизации мод с частотами повторения в диапазоне от 1хР0 до Максимально реализованное 15—кратное превышение фундаментальной частоты следования било ограничено исключительно мощностью оптической накачки 30 мВт (поглощенная мощность). 'Важно отметить, что при такой гибридной синхронизации мод на кратных частотах, удается полностью контролировать как частоту следования, так и амплитуду импульсов.

7. интерференционная пассивная синхронизация МОД в полупроводниковых лазерах

Широко используемый метод получения коротких импульсов от полупроводниковых икжекциошшх лазеров состоит в модуляции усиления при непосредственной накачке

-Л

Р=2.20 №2

Р—4.40 М№

А»,-, .. . -, А| | | »»у

Р=6.60 МН2

Д. I Л. .....*........А. .......

Р=8.80 т

Р=П.О МНг

Р=13.2 МНг

Рпс22. Последовательности импульсов волоконного лазера с гибридной синхронизацией мод с .■частотами повторения, кратными основной частоте резонатора. - 22 МГц.

его короткими импульсами тока. Несмотря ira относительную простоту, он обладает рядом недостатков, главный из которых заключается в сравнительно низком качестве оптических импульсов, получаемых таким способом. Обычно ширина спектра этих импульсов в несколько раз превосходит ширину спектра спектрально—ограниченного импульса той же длительности. Это, в частности, не позволяет использовать такой метод получения импульсов в нелинейных солитонных системах передачи информации непосредственно без использования устройств спектральной фильтрации и компрессии. С точки зрения разработки новых эффективных методов генерации коротких импульсов со сверхвысокими частотами следования в полупроводниковых лазерах, возможность применения нелинейного интерференционного сжатия импульсов в лазерах со связанными резонаторами представляется крайне перспективной. К моменту начала наших исследований в этом направлении такая возможность никем не обсуждалась, единственным интригующйм результатом было использование полупроводникового усилителя во внешнем резонаторе лазера на центрах окраски для инициирования пассивной синхронизации [31J мод вместо одномодового световода, обычно использующегося для этих целей.

Эксперименты по исследованию пассивной синхронизации мод в полупроводниковых лазерах со связанными резонаторами проводились в геометрии, представленной на рис.23, резонатор, представляющий из себя интерферометр Майкельсона, был образован внешними гранями лазерных диодов, плоским зеркалом с высоким коэффициентом отражения и делительной пластиной с коэффициентом отражения 60- 80%. Внутренние (обращенные к делительной пластине) грани диодов имели просветляющие покрытия, вследствие чего генерация лазерных диодов на собственных зеркалах полупроводникового кристалла, в отсутствие внешней оптической обратной связи, не возникала во всем рабочем диапазоне токов накачки. 'Лазерные диоды накачивались независимыми стабилизированными источниками постоянного тока. Плоское зеркало монтировалось на прецизионный механический стол, позволявший производить

/\

Лазерный Диод 1

«--

А__

VI

г

г

I

Ч

к

Лазерный Диод 2

Антнотражакщне

1 Л»

Г1 I

\Т Ф

Пьезоэлегаритескнй транслятор

Рис. 23. Лазер со связанными резонаторами в форме ИЕТгерферомеггра Майкельсона.

4У

согласование оптических длин плечей интерферометра Майкельсона с точностью =1 мкм. В дополнение к этому зеркало крепилось на пьезоэлектрическом трансляторе для осуществления быстрой коррекции малых рассогласований оптических длин плечей интерферометра. Для обеспечения высокой эффективности оптического согласования и, следовательно, высокой добротности составного резонатора были использованы просветленные микрообьективы с числовой апертурой 0,65. При равенстве длин плечей составного резонатора соответствующая настройка токов, накачивающих лазерные диоды, приводила к спонтанному переходу к режиму' пассивной синхронизации мод. На рис.24а показаны осциллограммы импульсов, полученные с помощью широкополосного фотодиода. Период следования импульсов соответствует основной частоте составного резонатора с длиной ^3.37 м. Максимальная, частота повторения, реализованная в такой схеме, была н2 ГГц и ограничивалась исключительно размерами внутрирезонаторных • элементов (объективов, делительной пластины и котировочных приспособлений), не позволявших существенно уменьшить длину резонатора. Экспериментально было обнаружено, что оптимальная настройка параметров лазера, при которой наблюдаются импульсы с полным контрастом, соответствует случаю равенства интенсивностей лучей, интерферирующих на делительной пластине. При независимом изменении тока накачки одного из лазерных диодов в оптимальном рабочем режиме, контраст импульсов сначала уменьшался, а затем синхронизация мод исчезала. Поэтому изменение средней мощности излучения в режиме синхронизации мод было возможно лишь при одновременном изменении токов накачки обоих диодов. Верхний предел длительности импульсов был экспериментально оценен как 30 псек. Точное измерение длительности с использованием автокорреляционной методики было затруднено из—за малой мощности излучения в выходном коллимировашгом пучке.

1Ш

Г

I

!> # И • } Г» 5 I

ч -15 уч- - £ \»г • •» • • 4

} 8. Ни I" 5А .«юг

■ЧЛ^йэС' Ьйи»« """

-•«г?

II II-

«к "Г

_ .. _ И ! I • »«'

«..* ш. УЧ.««д- УД. V—> 1*

I .!

!-. ' .. I

'ДЬ-

% I I

псгаДг'ч»-*--*'-^«'^

с « гзн * «

А- К-- " -

* П у 1

гс^ г3" ^

* «

» Т?«ай

Л»» I ат

7 »"С / ч. <

йас. 24 Рсо^бшшдьжизгь шщульсоз лазера, с тазшшй сЕЕкронЕзащшй мод, при вклиненной система стабшшзагрш длин ташйй

резонзшра. шкала - 2 вюек /дея (а) к 5 моек /дел.

Поскольку данная схема является двухрезонаторной и ависит от взаимного фазового согласования составляющих ее лементарных резонаторов, для достижения долговременной табнльности синхронизации необходима активная табилизация длины резонатора, подобно тому как это делается солитонном лазере (21]. Мы использовали аналогичную истему стабилизации длины, исполнительным устройством в оторой служил пьеэотранслятор, перемещавший плоское еркало. При включенной системе стабилизации, синхронизация год была стабильна в течении =10 минут (рис.246). Следует тметить, что данная схема отличается от традиционных систем ИСМ, в которых используется нелинейный внешний озонатор без усиления. В противоположность этим системам, рассмотренная схема содержит две усилительные среды с елинейностыо, в которой два составляющих ее резонатора гогут работать выше порога генерации независимо, т.е. когда торая часть резонатора блокирована. В режиме синхронизации юд закрывание одной из частей резонатора переводило лазер в ежим, стабильной непрерывной генерации. По этой причине анную схему можно классифицировать как систему связанных азеров с синхронизацией мод.

Проведенные эксперименты показывают, что вследствие начительной оптической нелинейности 1 даже

олупроводниковые волноводы . малой, длины приводят к елинейному фазовому сдвигу, достаточному для реализации ЮМ и, таким образом, к возможности пассивной инхронизации мод со сверхвысокими частотами. повторения. >днако построение таких лазеров на основе дискретных лементов , обладает рядом недостатков, например, низкой [еханической стабильностью, требующей использования систем табилизации резонатора, необходимостью в совершенной ехнолопга просветления граней лазерных, диодов, поскольку талонные эффекты, возникающие вследствие остаточного тражения граней, существенно ограничивают возможности корочения длительности импульсов и др. Естественным азвитием данного подхода является создание интегрального

аналога такого связанного резонатора в форме монолитного интерферометра с усилением.

На рис.25 показан внешний вид реализованного интегрального лазера - со сформированным методом фотолитографии интерферометром Мах—Цендера на полупроводниковой пластине с двойной гетероструктурой на основе соединения GaAs—AlGaAs. Ширина полосковкх контактов составляла =5 мкм, а расстояние между юс центрами в разветвляющейся части интерферометра — 20 мкм. При больших расс ояииях между полосковьшя контактами пороговый ток возрастал из—за увеличения потерь на рассеяние в Y—разветвлении.. Волноводная структура была сделана таким образом, чтобы плечи интерферометра Маха—Цендера могли накачиваться независимо. Разделение контактов достигалось с помощью химического травления. Исследованные, интегральное интерферометркческие лазеры имели длину 400 — 550 мкм, а на их резонаториые грани наносились диэлектрические покрытия, имевшие при необходимости коэффиент отражения в диапазоне 30-95%.

Зависимость выходной мощности таких лазеров от тока накачки была нелинейной и имела ряд специфических особенностей: жесткий характер возникновения генерации, бистабильность, периодическое возникновение, и исчезновение генерации с ростом тока накачки. Это. связано с тем, что в интерферометрическом лазере потери в резонаторе периодически зависят от фазового рассогласования плечей, что приводит поочередно то к конструктивной, то к деструктивной интерференции. Измененение фазового рассогласования при изменении тока накачки в одном из плечей интерферомегра вызвано зависимостью частоты излучения от показателя преломления, который связан с током накачки через плотность инжектированных носителей. Это и приводит к осцилляциям на выходной характеристике лазера. При однородной накачке лазера одним источником постоянного тока, когда электрические контакта были соединены параллельно, зависимость выходной мощности от тока инжекции была линейной. Это свидетельствует о том, что в лазере не

?ис25. Фрагмент интегрального шлугфетодшкшот лазера с резонатором в форме волиоводаого ит^рферометра Маха - Цендера, нолученяый с юмощыо алеюронного ьшкроскот. Интерферометр образован двумя ¥ - образными разветвигелаьш. Прямоугольная полоса - разрыв металлизация для обеспечения независимой наядчетг плечей зеэоназора. Зеркала лазера, образованные сколами 1тупро®сдкшсоясго крщггалла. находятся скрава ш слева за пределами фстграфвд.

происходит пространственных деформаций мод а все особенности выходной характеристики определяются исключительно иптерферометрическим сложением оптических пучков.

Экспериментальное исследование • интегрального

интерферометрнческого лазера показало широкие возможности с. точки зрения управления его когерентными свойствами как в непрерывном, так ' и в импульсном' режимах. Все измерения проводились при накачке плечей интерферометра независимыми габилизированными источниками постоянного тока. Обнаружены следующие режимы работы, интересные с практической точки зрения.

A). Непрерывный одномсдовьш режим с возможностью плавной перестройки частоты. Плавная перестройка (рис.26) осуществлялась соответствующей балансировкой токов накачки в плечах и составляла величину =2 нм, после чего наблюдался перескок моды. Подавление соседних мод при этом было не менее 25 — 30 дБ.

Б). Режим, двухчастотной генерации, соответствующий во временном представлений синусоидальным осцилляциям. Частота гармонических осцилляций с помощью изменения токов накачки могла изменяться в широких пределах от 100 МГц до .500 ГГц. При этом было возможно получение высокого контраста осцилляции. На рис.27 приведен двухчастотный спектр генерации и автокорреляционная функция соответствующих ему осцилляций с периодом 1.84 псек.

B). Пассивная синхронизация мод,

Получение качественной, синхронизации мод требовало прецизионной установки токов накачки, поскольку этот режим соседствует с широкой областью параметров, при которых возникает динамическая неустойчивость в форме пульсаций излучения. Было отмечено, что благоприятным обстоятельством, способствующим развитию синхронизации мод, является высокая добротность резонатора. Это находится в качественном согласии с выводами теоретической модели синхронизации мод со сверхвысокими частотами повторения в полупроводниковых лазерах [32\.

я

822

824

Длина волны, нм

Рис. 26. Плавная токовая перестройка длины волны зттерфаромет^кйсзмго т^уярОЕОДншсового лазера. Шдрипы ахгнсгров огралЕКсешл разрешением мопохроматора.

rWR

-feM Ii_:..!. Li_l_iiii ,

e.ois

WSiSi <3. lm

Lu

e-ein trMfitlw

i

1.0-

*0.5

¡0.0-^

1Д4 исеж

б

Временная ¿задержка

Рнс27. Дврдаайхишдй спеаар полупроводниковош лазера с йетегралшъш ишврферомеяроы Маха-Цецдера (а) и соогтаетстжующ^ ему амхйшрред щясдшдг функцш (б).

Автокорреляционная функция импульсов, полученная по. неколлинеарной схеме, показана на рис.28. Длительность импульса, в предположении огибающей импульса в форме гиперболического секанса, составила величину 0.6 псек. Ширина спектра в режиме синхронизации мод была равна =1.5 нм (по уровню 0.5), что соответствует произведению спектральной полосы на длительное™ -0.32. Это означает, что импульсы близки к спектрально — ограниченным. Период следования импульсов соответствовал времени обхода резонатора и был равен 12.6 псек (частота повторения н70 ГГц).

Как отмечалось выше, самостартующая пассивная синхронизация мод возможна при определенной начальной расстройке фаз в плечах интерферометрического составного резонатора. При такой расстройке импульсная генерация становится энергетически более выгодной (имеет меньшие пот-ери), чем непрерывная генерация. В данном случае это достигалось соответствующей установкой токов накачки. Поскольку изменение тока накачки одновременно сопровождалось изменением усиления в регулируемом плече, нахождение режима синхронизации мод является многопараметрической задачей. Независимая установка фазового рассогласования могла бы существенно упростить обеспечение того или иного режима генерации, в часгности, расширить диапазон плавной перестройки частоты. Независимое введение начальной фазы можно достичь, например/, с помотыо тонкопленочного нагревателя, нанесенного на волновод одного из плечей интерферометра [33].

Интересно сравнить полученные режимы работы лазера на языке модового состава. Дополнительная селективность лазера — активного интерферометра Маха—Цендера с симметричной геометрией плечей — в сравнении с резонатором Фабри—Перо эквивалентной длины, возникает лишь при неоднородной инжекции, т.е. когда плотности токов накачки в плечах не равны между собой. Это приводит к образованию двух наборов продольных мод, в общем случае не совпадающих. При однородной инжекции, моды такого составного резонатор*

2а>

-2 -1,0 1 2 Временная задержка, псек

Ряс28. Аотохорреляцконная функция иетхшашяости интегрального полупровцдникового лазера. С паССЕЕНОЙ СЕЕГршшзацЕей мод, измеренная по неод&лвиеарнай схеке.

вырождены и дополнительной селективности не возникает. Очевидно, что ЛЛ» получения режима одной продольной м^ды, необходима малая расстройка оптических дли» составных резонаторов, при которой в спектральном контуре усиления могут совпасть лишь два резонанса, на частоте которых и возникает генерация. В режиме синхронизаций ,чод начальная фазовая расстройка также приводит к. частотному расщеплению продольных мод составного резонатора, однако рабочий режим препятствует возникнойению непрерывного режима, а ведет к развитию динамической нестабильности. В оптимальном режиме возникает синхронизация мод при которой моды снова становятся вырожденными, но уже за счет дополнительного и различного г*елннейн0го фазового сдвига , а плечах интерферометра с различным усиление}?.

Г). Существенно нелинейная выходная характеристика интерферометричесхого лазера позволяет выполнять логические операции с импульсными сигналами. Пример немонотонной "разрывной" выходной характеристики представлен на рис.29а, которая реализуется при малых коэффициентах отражения лазерных зеркал ( 230%). Подбором величии импульсных токов, накачивающих плечи лазерного интерферометра {яри необходимости в комбинации с постоянным смещением), можно обеспечить режим, при котором генерация возникает лишь при одновременном приложении токов к обоим плечам интерферометра. Это позволяет, в частности, реализовать функцию логического "И". Рис.296 иллюстрирз^ет результата такого эксперимента.

9. выводы и основные результаты работы

-1-. ■ Разработана оригинальная технология изготовления одномодовых волоконных ответвктелеЙ и мультиплексоров с предельно низкими {менее 0.1 дБ) потерями, что позволяет использовать их в качестве - внутрирезонаторых элементов лазеров. Реализована рекордная селективность таких элементов

-ДХ= 7x10-2им. Созданы конические переходы с ми&ролинзой

12 ,иА

Осз^яллограммьг импульсов тока накачки в илечаж интерферометра I , , I 2 (верхние кривые) и ОЕггагаесзскй вьхзсод лазера {шзэгиаяя кривая) (б). Горагзоетгальный масштаб - 100 нсек / дел..

на торце световода, позволяющие эффективно вводит», (до 80%) излучение полупроводниковых лазеров в однолюдовые световоды.

-2- Предложен и реализован ряд цельноволоконных интерферометров, являющихся комбинацией двухлучевых и многолучевых устройств, дающих широкие возможности управления спектральными характеристиками, величиной отражения и пр. На их основе создан волоконный лазер с шириной линии генерации менее 1 МГц, имеющий кольцевую геометрию, в которой однонаправленная генерация достигается без использования невзаимных элементов.

-3-. Показано, что использование дисперсионных волоконных отражателей в качестве элементов внешних . резонаторов полупроводниковых лазеров позволяет достичь высокого уровня обратной связи и обеспечить устойчивый одномодовый режим генерации с подавлением конкурирующих мод 25—30 дБ. ~4~. Предложен и реализован полупроводниковый лазер с оптической обратной связью за счет обратного рэлеевекого рассеяния из добротного кольцевого. волоконного интерферометра. В таком лазере получено сужение линии генерации полупроводникового лазера свыше 103 раз при девиации частоты менее 50 кГц. Осуществлена плавная перестройка частоты генерации в диапазоне 100 МГц. -5- Разработан новый подход к генерации коротких импульсов при пассивной синхронизации мод в лазерах с нелинейностью. Предложены линейные и кольцевые однорезонаторные схемы с оптическим переключением в нелинейном петлевом зеркале с эффективной самостартутощей синхронизацией мод. -б-. Экспериментально продемонстрирована перспективность гибридной синхронизации мод в волоконных лазерах, при которой форма импульса преимущественно определяется механизмом нелинейного интерферометричес'кого сжатия, а частота следования задается модулятором. В качестве последнего предложено использовать волноводиъш полупроводниковый усилитель, характеризующийся большой широконолосносгыо. позволяющей получать высокую частоту повторений при настройке ira высокие гармоники основной частот резонатора.

В таком режиме показана возможность получения импульсов стабильных как по амплитуде, так и по частоте следования. -7-. Экспериментально доказана возможность интерференционной синхронизации мод в полупроводниковых лазерах. Создан интегральный вариант лазера на основе двойной гетероструктуры СаАз—АЮаАБ, работающий на этом принципе, позволивший получить импульсы с длительностью — 0.6 псек и частотой следования — 80 ГГц близкие к спектрально ограниченным импульсам. Интерферометрический монолитный полупроводниковый лазер, являющийся многофункциональным устройством, позволяет, при соответствующей оптимизации параметров, генерировать одномодовое спектрально — перестраиваемое излучение и двухчастотное излучение. Получена генерация стабильных ' гармонических сигналов, частота которых может перестраиваться в диапазоне 100 МГц — 500 ГГц, что позволяет использовать такой лазер для стробирования быстродействующих электронных схем. Продемонстрирована возможность выполнения логических операций при работе с накачкой, осуществляющейся импульсными сигналами. Развитый интерферометрический подход может оказаться плодотворным при создании оптических интегральных схем.

В заключение, автор выражает благодарность сотрудникам руководимой им лаборатории А.Г.Булушеву — за помощь в математическом моделировании, В.М.Парамонову,

А.В.Кузнецову — за техническую помощь в проведении экспериментов. Работа выполнена в отделе Волоконной Оптики института Общей Физики РАН при всесторонней поддержке его заведующего — члена—корреспондента РАН Е.М.Дианова, которому автор выражает глубокую благодарность.

основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

(1} Л.Г.Г.у\ушев, Ю.В.Гуров, В.Е.Махоткин, О.Г.Охотников,

В.Г.Пак, Б.П.Шурухин, "Волоконно-оптический

одномодовый демультиплексор", Квантовая электроника,

1987, т.14, сс.623- 624.

2} Ю.В.Гуров, В.Е.Махоткин, О.Г.Охотников, В.14.Сагайдак, Б.П.Шурухин, Ю.М.Щербак, "Электронная перестройка частоты в полупроводниковом лазере с внешним резонатором", Журнал Технической Физики, 1987, т.57, сс.2238 — 2240.

JJ AG.Bulushev, E.M.Dianov, and O.G.Okhotnikov, "Sipcle—mode couplers for coherent fiber optics", Proceedings of the 8—th international school of coherent optics, Bratislava, Czechoslovakia, 1987, part I, pp.171 -192.

1J А.Г.Булушев, Ю.В.Гуров, Е.М.Дианов, А.В.Кузнецов, О.Г.Охотников, В.М.Парамонов, "Цельяоволоконкый дисперсионный отражатель для селекции мод полупроводникового лазера", Квантовая электроника, 1988, т.15, сс.1083— 1085.

>| А.Г.Булушев, Е.М.Дианов, О.Г.Охотников, В.М.Пзрамонор., "Спектральные свойства сплавных одиомодойых ответвителей", Квантовая электроника, 1988, т.1Д сс. 12321286. •

i] A.G.Bulushev, Y.V.Gurov, E.M.Dianov, A.V.Kuznelsov. O.G.Okhotnikov, and V.M.Panmonov, "Spectral and polarization selective fiber-optic elements", IEEE/OSA J. Lightwave Technol., 1988, LT-6, pp.1575- 1585.

1 AG.Bulushev, Y.V.Gurov, E.M.Dianov, O.G.Okhotnikov, A.M.Prokhorov, and B.P.Shurukhin, "Wavelength- ®td polarization—selective fused single—mode couplers", Opt Lett,

1988, 13, pp.230 - 232.

j AG.Bulushev, Y.V.Gurov, E.M.Dianov, O.G.Okhotnikov. V.M.Paramonov, and AM.Prokhorov, "Highly ¿elective single -mode fiber optical couplers", Optical Fiber Sensors, )98&, Technical Digest Series, Vol.2, ¡Optical Society of America, Washington, D.C., 1988), paper ThCC6- 1, pp. 195- 202.

| AG.Bulushev, Y.V.Gurov, E.M.Dianov, O.C.OkhoUnikoV, AM.Prokhorov, and B.P-Simmkhin, "Fiber external-cavity injection laser with a dispersive single-mode coupler", Opt Lett., 1988, 13, pp.19-20.

J10} A.G.Btilushev, E.M.Diariov, A.V.Ku/.iietsov and O.G.Okhotnikov, "Line —narrowiny of injection lasers due to Rayleujii backscatterinq from optical fibre ituq interferometer", Electron, Lett., 1988, 24. pp.1172- 1173.

jll} Л.Г.Булушев, Е.М.Дилнав, Л.В.Кузисцов, О.Г.Охотников, "Одиомодовые 3x3 волокошю—оптические ответвнтели с малыми потерями для систем со спектральным уплотнением", Радиотехника, 1ЧНВ, NH. сс.41-43.

[12| А.Г.Булушев, Е.М.Дианов, О.Г.Охотников, "Распространение излучения в двух одинаковых связанных волноводах", Квантовая электроника, (988, т.15, сс.1433—1441.

1131 Л.Г.Булушев, Е.М.Дианов, А.В.Кузнецов. О.Г.Охотников, "Спектрально— селективное преобразование мод на неоднородности* волоконных световодов", Письма в ЖТФ, 1988, т. 14. сс. 1156—1160.

J14] А.Г.Булушев, Е.М.Дианов, О.Г.Охотников, В.М.Парамонов, "О связи частотной девиации полупроводниковых лазе|юв при прямой модуляции с дифференциальными электрическими характеристиками инжектирующего р—п перехода", Квантовая электроника, 1989, т. 16, сс.481 — 483.

{15} Л.Г.Булушев, Е.М.Дианов,. Л.В.Кузнецов, О.Г.Охотииков, "Сужение линии инжекциоиного лазера резонансным рэлеевским рассеянием из 'волоконного кольцевого интерферометра". Квантовая электроника, 1989, т.16, сс.733 — 736.

(16| E.M.Dianov, and O.G.Okholnikov "Selective fiber optic elements for line narrowing and mode control of semiconductor lasers", in Conference on Lasers and Electro—Optics, 1989 (Optical Society of America. Washington. D.C.,1989), 'pp.306 -307, paper ТЖ31.

{17} А.Г.Булушев, Е.М.Дианов, А.В.Кузнецов. О.Г.Охотников, "Синхронизация мод пассивного кольцевого интерферометра", Письма в ЖТФ, 1989, т.15, сс,28- 33.

|18] А.Г.Булушев, Е.М.Дианов, А.В.Кузнецов, О.Г.Охотников, "Волоконно— оптические интерферометры для фазовых датчиков", Журнал Технической Физики, 1989, т.59, сс.141 — 143.

9) А.Г.Булушев, Е.М.Дианов, А.В.Кузнецов, О.Г.Охотнике:; В.М.Парамонов, "Возбуждение мощных импульсов в волоконном кольцевом интерферометре". Письма а ЖТФ,

1989, т. 15, сс.48- 52.

Oj A.G.BuIushev, E.M.Dianov, AV.Kuznetsov, and O.G.Okhotnikov, "Mode—locking of a passive ring interferometer", .in Conference on Lasers and Electro—Optics,

. 1990 (Optical Society of America, Washington, '\CJ990j, pp.128-129, paper CTUH45.

1] А.Г.Булушев, А.В.Кузнецов, О.Г.Охотников, В.А.Царев. "Волоконно-оптические интерферометры", М„ Наука, Труды ИОФАН, 1990, т.23, Волоконная оптика, сс.159- 172.

2J О.Г.Охотников, В.М.Парамонов, "Особенности генерации и спектральная перестройка в полупроводниковых лазерах с внешними сферическими зеркалами", М., Наука, Труды ИОФАН, t990, т.23, Волоконная оптика, сс,172~181.

3| Е.М.Дианов, О.Г.Охотников, "Волоконные световоды видимого и ближнего ИК—диапазона", Микроэлектроника,

1990, т.19, сс.187-207.

4} А.Г.Булушев, Е.М.Дианов, А.В,Кузнецов, О.Г.Охотников, В.М.Парамонов, В,А.Царев, "Волоконно-оптические интерферометры: контроль спектрального состава излучения и формирование интенсивных оптических импульсоз", Квантовая электроника, 1990, т. 17, сс.621—626.

)] A.G.Bulnshev, E.M.Dianov, A.V..Kir/netsov, and

. O.G.Okhotnikov, "Actively mode —locked injection laser v ¡Hi external coupled cavity", in Conference on Lasers and Electro Optics, 1990 (Optical Society of America, Washington, D.C.,1990), pp.390 — 391, paper CTH114.

>1 A.G.Bulushev, E.M.Dianov, and O.G.Okhotnikov, "Intracavity pulse compression in a laser with nonlinear resonator", IEEE Photonics Techn. Lett., 1990, 3, pp.699-700.

'[ A.G.Bulushev, E.M.Dianov, A.V.Kuznetsov and O.G.Okhotnikov "Spectrum control and shaping of optica! pulses in optical fibre interferometers", J. Opt. Quantum Electron., 1990, "2, pp.491 -500. .

128] А.Г.Булушев, Е.М.Дианов, О.Г.Охотников, "Пассивна? синхронизация мод в лазера с невзаимным нелинейные петлевым отражателем", Письма в ЖТФ, 1990, т.Ш, сс.84-88.

|29} A.G.Bulushev, E.M.Dianov and O.G.Okhotnikov, "Passive mode locking of a laser with nonlineai fiber reflector", Opt. Lett., 1990, 15, pp.968 - 970.

¡30j АХ.Булушев, Е.М.Дианов, О.Г.Охотников, "Нелинейный • волоконный отражатель для пассивной синхронизации мод", Квантовая электроника, 1990, т. 17, сс.733—735.

1311 A.G.Bulushev, T.R.MarUrosyau, O.G.Ok'hotnikov, V.M.Paramonov, and V.A.Tsaijov, "Nonlinear fibre loop interferometer for intracavity pulse formation and compression", SovJ. Lightwave Comm.,1991, 1, pp.113- 122.

;32| A.G.Bulushev, E.M.Dianov and O.G.Okhotnikov, "Sell - starting mode-locked laser with a nonlinear ring resonator", Opt. Lett., 1991, 16, pp.88-90.

{33j E.M.Dianov and O.G.Okhotnikov, "Coupled — cavity passive mode —locked injection laser", IEEE Photonics Teclrn. Lett., 1991, 3, pp.499—500.

■ ¡34] A.G.Bulushev, E.M.Dianov and O.G.Okhotnikov, "Nonlinear ring resonator for self—starting passive mode—locked laser", SovJ. Lightwave Comm., 1991, 1, pp. 133- 138.

;35J A.G.Bulushev, O.G.OJchoinikov and Y.N.Serkin, "Fibre ring lasers with a nonlinear aritiresonant loop", SovJ. Lightwave Comm., 1991, 1, pp.313-330.

136] A.GBulushev, and O.G.Okhotnikov, "Passive mode —locked coupled lasers", SovJ. Lightwave Comm., 1991, 1, pp.331 —338.

}37] E.M.Dianov, and O.G.Okhotnikov "Coupled - cavity passive mode—locked injection laser", in Conference on Lasers and Olectro-Optics, 1991 (Optical Society of America, Washington, D.C.,1991) paper CWK1, pp.304-305.

{38J A.G.Bulushev, E.M.Dianov, O.G.Okhotnikov and V.N.Serkin, "Raman self—frequency shift of the spectrum of femtosecond optical soli tons and suppression of Uiis effect in optical fibers arid soliton lasers", JETP Lett., 1991, 54, pp.619-622.

|39] E.M.Dianov, and O.G.Okhotnikov, "An injection laser with an integrated Macli—Zehnder cavity", SovJ.' Lightwave Comm. 1992, 2, pp.89 - 96.

¡40} AG.Buiushev, E.M.Dianov, O.G.Okhotnikov and V.iV.Serkin, "Suppression of the soliton self—frequency shift by dispersion sign reversal in the fiber", in Topical Meeting on integrated Photonics Research, 1992 (Optical Society of America. Washington, D.C.,1992), pp.24 - 25, paperMBU.

|41] E.M.Dianov, and O.G.Okhotnikov, "Injection laser with integrated Mach— Zehnder cavity", in XVIII International Quantum Electronics Conference, 1992, Vienna, Austria.

{42) E.M.Dianov, and O.G.Oktiotaikov, "Hybrid mode-locked fiber laser with double—pass Sagnac switch", in XVIII International Quantum Electronics Conference, 1992, Vienna, Austria.

10. цитированная ЛИТЕРАТУРА'

(11 L.F.Mollenauer, R.H.Stolen, "The soliton laser", Opt.Lett., 1984, 9, pp.13-15.

{2} C.Lin, F.Mengel, "Reduction of frequency chirping and dynamic linewidth in high —speed directly modulated semiconductor lasers by injection locking", Electron.Lett, 1984, 20, pp. 10731075.

[3J Ю.В.Гуров, В.Е.Махоткин, О. Г, Охотников, В.И.Сагайдак, Б.П.Шурухин, Ю.М.Щербак, "Электронная перестройка частоты в полупроводниковом лазере с внешним резонатором". Журнал Технической Физики, 1987, т.57, сс.2238 — 2240.

¡4] О.Г.Охотников, В.М.Парамонов, "Особенности генерации и спектр&гьная перестройка в полупроводниковых лазерах с внешними сферическими зеркалами", М., Наука, Труды ИОФАН, 1990, т.23. Волоконная оптика, сс.1?2-181.

15] J.Mark, E.Bodtker, B.Tromherg, "Measurement of Rayloigh backscatter—induced linewidth reduction", Electron.Lfctl., 198R, 21, pp.1008-1009.

{6J AG.Buiushev, E.M.Dianov, AV.Kuznetsov and O.G.Okhotnikov, "Line — narrowing of injection lasers due to Rayleigh

backscattering from optical fibre ring interferometer", Electron. Lett., 1988, 24, pp.1172-1173. [7] C.P.Yakymyshyn, J.F.Pinto, C.R.Pollock, "Additive-pulse mode-locked NaCl:OH_ laser", Opt.Lett., 1989, 14, pp.621 -623.

f8] G.P.A.MalcoIm, P.F.Curley, A.I.Ferguson, "Additive—pulse mode locking of a diode-pumped Nd:YLF laser", Opt.Lett., 1990, 15, pp.1303-1305.

(9| F.Krausz, Ch.Spielmann, T.Brabec, E.Wintner, A J.Schmidt, "Self—starting additive—pulse mode locking of a Nd:glass laser", Opt.Lett., 1990, 15, pp.10S2-1084. ¡10} J.Goodberlet, J.Wang, J.G.Fujimdto, P.A.Schulz, "Starting dynamics of additive—pulse mode locking in the Ti:A]203 laser", Opt.Lett., 1990, 15, pp.1300-1302. {11J W.Sibbett, "Hybrid and passive mode locking in coupled — cavity lasers", Springer Series in Chemical Physics, Vol.53, Ultrafast Phenomena VII, Eds, C.B.Harris, E.P.Ippen, G.A.Mourou, A.H.Zewail, Springer—Verlag, Berlin, Heidelberg,

1990, pp.2-7. '

(123 A.G.BuIushev, Y.V.Gurov, E.M.Dianov, A.V.Kuznetsov, O.G.Okhotnikov, and V.M.Paramonov, "Spectral and polarization selective fiber—optic elements", 1EEE/OSA J. Lightwave Technol., 1988, LT~6, pp.1575-1585. {13J А.Г.Булушев, Е.М.Дианов, О.Г.Охотников, "Распространение излучения в дв ух одинаковых связанных волноводах", Квантовая электроника, 1988, т.15, сс.1433—1441. J14] А.Г.Булушев, А.В.Кузнецов, О.Г.Охотников, В.А.Царев, "Волоконно-оптические интерферометры", М., Паука, Труды ИОФАН, 19S0, т.23, Волоконная оптика, сс.159- 172. 115] Т,J.Paul, E.A.Swanson, "Diode laser linewidth reduction using Rayleigh backscattering from a fiber—optic ring, resonator", Cont. on Optical Fiber Communication (1992, San Jose) (Washington, DC: Opt. Soc. Am.), paper TuM5, p.75. (16| GJ.Cowle, D.N.Payne, and D.Reid, "Single-frequency travelling — wave erbium —doped fibre loop laser", Election. Lett.,

1991, 27, pp.229-230.

¡17) D.A.Smith, M.W.Maeda, J J Johnson. J.S.Patel, M.A.Saiii, and A.Von Lehman, "Acoustically tuned erbium —doped fiber riny laser", Opt. Lett., 1991, 18, pp.387 - 389.

}18] J.W.Dawson, N.Park, KJ.Vahala, and C.Miller, "Suppression ol mode-hopping in a single—longitudinal —mode erbium—doped fiber laser using tandem fiber Fabry—Perot filters", Conf. on Optical Fiber Communication {1992, San Jose) (Washington DC: Opt. Soc. Am.), paper WAS, p.99.

(19j A.V.Shestakov, N.r.Borodin, V.A.Zhitnyuk, A.G.Ohnmtchyuk, and V.P.Gapontsev, "Tunable Cr,+:YAG lasers", Conf. on Lasers and Electro-Optics (1991, Baltimore) (Washington, DC: Opt. Soc. Am.), postdeadline paper CPDP11 - 1, pp.592- 593.

[20] KJ.Blow, B.P.Nelson, "Improved mode locking of an F —center laser with a nonlinear nonsoliton external cavity", Opt.Lett., 1988, 13, pp.1026-1028.

{21| F.M.Mitschke, LF.Mollenauer, "Stabilizing the soliton laser", IEEE J. Ouant.EIectron., 1986, QE-22, pp.2242 - 2250.

{22j NJ.Doran, D.Wood, "Nonlinear optical loop mirror", OpLLeit., 1988, 13, pp.56 - 57.

{23J E.P.Ippen, H.AHaus, L.Y.liu, "Additive pulse mode locking", J.Opt.Soc.Am. B, 1989, в, p.t736.

[24} M.Hofer, F.Haberl, M.E.Fermann, "Additive pulse compression mode—locking of fiber lasers", Conf. on Optical Fiber Communication (1991, San Jose) (Washington, DC: Opt, Soc, Am.), paper TuKl, p.38.

[25} A-G.Bulushev, O.G.Okliotnikov and V.N.Serkin, "Fibre ng lasers with a nonlinear antiresonani loop", SovJ. Lightwave Comm.. 1991, 1, pp.313-330.

126] I.N.Dullng Ш, "All-fiber ring soliton laser mode locked with a nonlinear mirror", Opt-Lett., 1991, 16, pp.539-5341.

27} D J.Richardson, R.I. Laming, D.N.Payne, M.W.Phillips, VJ.Matsas, "320 fs soliton generation with passively mode — locked erbium fiber laser", Electron.Lett., 1691, 27, pp.730-732.

28] E.Yoshida, and Y.Kimura, and M.Nakazawa, "Laser-diode pumped femtosecond erbium-doped fiber laser with a sub—ring cavity for repetition ratft control", Appl.Phys.Lett., 1992, 00, pp.932- 934.

¡29) A.G.Bulushev, T.R.Marfirosyan, O.G.Okhotnikov, V.M.Paramonov, and VA.Tsarjov, "Nonlinear fibre loop interferometer for intracavity pulse formation and compression", SovJ. Lightwave Comm.,1991, 1, pp.113-122.

130j BJ-Ainslie, "A review of the fabrication and properties of erbium—doped fibers for optical amplifiers",IEEE/OSA J. .Lightwave Technology, 1991, 9, pp.220- 227.

{31J RS.Grant, P.N.Kean, D.Bums, W.Sibbett, "Passive coupled-, cavity mode—locked color—center lasers", Opt.Lett., 1991, 16, pp.384 —386.

f32J J.Palaski, K.Y.Lau, "Parameter ranges for ultrahigh frequency mode locking of semiconductor lasers", Appl.Phys.Lett., 1991, 58, pp.7—9.

j33j G.V.Treyz, "Silicon Mach— Zehnder waveguide interferometers operating at 1.3 mm", Conf. on Lasers and Electro—Optics (1991, Baltimore) (Washington, DC: Opt. Soc. Am.), paper CTuW58, pp. 10-211.