импульсов

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК. СИБИРСКОЕ
ОТДЕЛЕНИЕ
А.В.Иваненко1,2, Б.Н.Нюшков2,3, С.К.Турицын2, С.М.Кобцев1, В.С.Пивцов3, В.И.Денисов3
1Новосибирский Государственный Университет, Новосибирск; 2Aston University, United Kingdom; 3Институт Лазерной Физики СО РАН, Новосибирск.
Волоконные сверхдлинные лазеры Фундаментальная частота повторения:
fи~с/L
с/L
Энергия импульсов:
Eи = Pср/fи => Eи ~ L
Преимущества и особенности метода:
y Стабильность и детерминированность
характеристик
y Малая длительность импульсов
y Простoта реализации и низкая стоимость
ИЛФ СО РАН
НГУ
Aston University
Специфика сверхдлинных лазеров
1) Аномальная
внутрирезонаторная
дисперсия.
2) Нормальная
внутрирезонаторная
дисперсия.
Генерация классических
солитонов:
+ генерация ультракоротких (фемто- и
пикосекундных )
импульсов;
- энергия импульсов
менее 20 нДж.
Генерация диссипативных
солитонов:
+ генерация стабильных
импульсов с высокой энергией
(3,9 мкДж).
- гигантский чирп импульсов,
большая длительность
импульсов - единицы и десятки
наносекунд.
3) Высокий уровень усиленного спонтанного излучения (УСИ),
обусловленный большими межимпульсными интервалами
ИЛФ СО РАН
НГУ
Aston University
«Гамма»--схема резонатора
«Гамма»
Выход 2
DCF
1.25 km
ВБР
КП1
ВНР
Ц
КП2
3
2
4
1
ФЗ
D = -170 [пс/(нм*км)]
@ 1550 нм
Выход 1
Ответвитель
50/50
Er
М
ЛД
400мВт @ 980нм
ЛД – лазерный диод накачки; М – мультиплексор; Er – активное волокно, легированное
ионами эрбия; Ц – циркулятор; КП1, КП2 – контроллеры поляризации; О – ответвитель
50/50; DCF – катушка волокна с нормальной дисперсией 1.25 км; ВНР – волоконная
наклонная решётка;
ё
ФЗ – фарадеевское
ф
зеркало; ВБР – волоконная бреговская
б
решётка.
ё
ИЛФ СО РАН
НГУ
Aston University
Ампли
итуда, от.. ед.
Характеристика режима генерации
Время, нс
Эволюция импульсного режима генерации при
изменении мощности накачки.
ИЛФ СО РАН
НГУ
Aston University
Инттенсивно
ость, дБ
Б
Интен
нсивность, дБ
Характеристика режима генерации
-20
20
-25
-30
-35
35
-40
-45
-50
50
-55
Длина волны, мкм
Длина волны, мкм
Оптический спектра лазера в
режиме 1-наносекундных
р
у
импульсов.
Вариация оптического спектра
лазера
р при
р изменении мощности
щ
накачки.
ИЛФ СО РАН
1,536 1,538 1,54 1,542 1,544 1,546
НГУ
Aston University
Режим одноимпульсной генерации
Интенссивность, о.е.
12.2
мкс
~1 нс
Мощ
щность, дБм
Время, нс
Частота, кГц
ИЛФ СО РАН
НГУ
Aston University
Ин
нтенси
ивность
ь, дБ
Режим одноимпульсной генерации
Длина волны, мкм
Чёрный – в режиме непрерывной генерации
генерации, красный – в
одноимпульсном режиме синхронизации мод; сиреневый – в
режиме усиленной спонтанной эмиссии источника (когда ВБР
отсоединена).
)
ИЛФ СО РАН
НГУ
Aston University
Усиление импульсов
3
Er волокно
КП
Вход
2
1
Ц
М
М
1.48/1.55
1.48/1.55
Амплитуда
а, от. ед.
Инттенсивность, дБ
Б
ФЗ
ЛД
ЛД
0.9 нс
Время,
р
, нс
Длина волны
волны, мкм
ИЛФ СО РАН
ВБР
Выход
д
НГУ
Aston University
Ампли
итуда, отт. ед.
Сжатие импульсов
0.6 нс
Время, нс
Осциллограммы лазерных импульсов:
Исходная длительность импульсов ~ 1 ns; длительность на выходе 4-км
волокна ~ 0.9 ns; длительность на выходе 25-км волокна ~ 0.6 ns.
ИЛФ СО РАН
НГУ
Aston University
Характеристики лазерной системы
•
Высокая энергия импульсов ~ 0,5
0 5 мкДж.
мкДж
•
Низкий уровень спонтанной эмиссии – менее 3%.
•
Субнаносекундная длительность импульсов ~ 0.9 нс;
•
Низкая частота следования импульсов ~ 82 кГц;
•
Период следования импульсов ~ 12,2 мкс;
•
Длина резонатора ~ 2,5 км
•
Центральная
р
длина волны – вблизи 1,54 мкм;
ИЛФ СО РАН
НГУ
Aston University
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
¾
¾
•
•
¾
•
•
•
¾
•
•
•
Сжатие импульсов до 600 пс.
«Гамма»-схема резонатора:
оптимизация динамики генерации
управление характеристиками лазерного излучения.
Конструктивные решения:
Применение ВБР;
Использование ВНР;
Применение фарадеевского зеркала.
Импульсная лазерная система:
высокая энергия импульсов (~0,5 мкДж)
субнаносекундная длительность импульсов ~0,9
~0 9 нс
низкий уровень усиленного спонтанного излучения.
ИЛФ СО РАН
НГУ
Aston University
Спасибо за внимание!
ИЛФ СО РАН
НГУ
Aston University
Ин
нтенсив
вность
ь, дБ
Режим одноимпульсной генерации
Длина волны, мкм
Синий - оптический спектр в одноимпульсном режиме №1 снятый
со свободного вывода ВБР; красный – спектр снятый на выходе
ответвителя.
ИЛФ СО РАН
НГУ
Aston University