Проектирование оптического тракта поляризованного волокналазер с узкой шириной линии
1. Обзор
Поляризованный волоконный лазер с узкой шириной линии излучения 1018 нм. Рабочая длина волны составляет 1018 нм, выходная мощность лазера — 104 Вт, ширина спектра 3 дБ и 20 дБ составляет ~21 ГГц и ~72 ГГц соответственно, коэффициент подавления поляризации >17,5 дБ, а качество пучка высокое (2 x M – 1,62 и 2 y M) Aлазерная системас эффективностью наклона 79 % (∼1,63).
2. Описание оптического пути
Вполяризованный волоконный лазер с узкой шириной линииЛинейно-поляризованный волоконный лазерный генератор состоит из пары поляризационно-сохраняющих волоконных решеток и 1,5-метрового двухслойного поляризационно-сохраняющего волокна, легированного иттербием (10/125 мкм), в качестве среды усиления. Коэффициент поглощения этого оптического волокна на длине волны 976 нм составляет 5 дБ/м. Лазерный генератор накачивается синхронизированным по длине волны излучением с длиной волны 976 нм.полупроводниковый лазерМаксимальная мощность составляет 27 Вт, что достигается с помощью сумматора лучей (1+1)×1 с сохранением полярности. Дифракционная решетка с высоким коэффициентом отражения имеет отражательную способность более 99%, а ширина полосы отражения 3 дБ составляет приблизительно 0,22 нм. Низкий коэффициент отражения решетки составляет 40%, а ширина полосы отражения 3 дБ составляет приблизительно 0,216 нм. Центральные длины волн отражения обеих решеток находятся на уровне 1018 нм. Для балансировки выходной мощности лазерного резонатора и коэффициента подавления спонтанного излучения (ASE) низкий коэффициент отражения решетки был оптимизирован до 40%. Хвостовое волокно дифракционной решетки с высоким коэффициентом отражения сплавлено с усиливающим волокном, в то время как хвостовое волокно дифракционной решетки с низким коэффициентом отражения повернуто на 90° и сплавлено с хвостовым волокном фильтра оболочки. Таким образом, пиковое положение длины волны отражения по быстрой оси дифракционной решетки с высоким коэффициентом отражения совпадает с пиковым положением длины волны отражения по медленной оси дифракционной решетки с низким коэффициентом отражения. Таким образом, в резонансной полости может генерироваться только один поляризованный лазер. Остаточный свет накачки в оболочке оптического волокна отфильтровывается с помощью самодельного фильтра оболочки, встроенного в резонансную полость, а выходной пигтейл скошен на 8° для предотвращения обратной связи на торце и паразитных колебаний.
3. Базовые знания
Механизм генерации линейно поляризованных волоконных лазеров: Благодаря двулучепреломлению под действием напряжения, грушевидное поляризационно-сохраняющее волокно имеет две ортогональные оси поляризации, известные как быстрая и медленная оси. Как правило, поскольку показатель преломления медленной оси больше, чем быстрой оси, решетка, нанесенная на поляризационно-сохраняющее волокно, имеет две разные центральные длины волн. Резонансная полость линейно поляризованного волоконного лазера обычно состоит из двух поляризационно-сохраняющих решеток. Длины волн низкоотражающей и высокоотражающей решеток на быстрой и медленной осях соответствуют друг другу. Когда ширина полосы отражения поляризационно-сохраняющей решетки достаточно узка, спектры пропускания в направлениях быстрой и медленной осей могут быть разделены, и обе длины волн могут колебаться внутри резонансной полости. В соответствии с принципом двухволновой осцилляции поляризационно-сохраняющей решетки, в эксперименте для достижения этого можно использовать метод параллельной сварки. В процессе сварки оси сохранения поляризации двух дифракционных решеток выравниваются. Таким образом, два пика пропускания высокоотражающей решетки соответствуют пикам низкоотражающей решетки, что позволяет реализовать двухволновое лазерное излучение.
В реальных системах с сохранением поляризации лазеров линейный перекос является важным показателем для оценки выходных характеристик линейно поляризованных лазеров. Как правило, период решетки с высоким коэффициентом отражения больше, чем у решетки с низким коэффициентом отражения. Для получения линейно поляризованного лазера с высоким значением PER необходимо, чтобы колебался только один пик поляризации. Когда быстрая ось решетки с низким коэффициентом отражения совпадает с медленной осью решетки с высоким коэффициентом отражения, центральная длина волны в направлении быстрой оси решетки с низким коэффициентом отражения соответствует длине волны в направлении медленной оси решетки с высоким коэффициентом отражения, в то время как пик пропускания в направлении медленной оси решетки с низким коэффициентом отражения не соответствует пику пропускания в направлении быстрой оси решетки с высоким коэффициентом отражения. Таким образом, может колебаться один пик пропускания. Аналогично, когда медленная ось решетки с низким коэффициентом отражения совпадает с быстрой осью решетки с высоким коэффициентом отражения, центральная длина волны медленной оси решетки с низким коэффициентом отражения соответствует длине волны быстрой оси решетки с высоким коэффициентом отражения, в то время как пик пропускания быстрой оси решетки с низким коэффициентом отражения не соответствует пику пропускания медленной оси решетки с высоким коэффициентом отражения. Таким образом, один пик пропускания также может колебаться. Оба описанных выше метода позволяют получить линейно поляризованный лазерный луч. В соответствии с принципом генерации линейно поляризованного лазерного луча с одной длиной волны на основе поляризационно-сохраняющей решетки, в эксперименте для достижения этой цели может быть использован метод ортогональной сварки. Когда угол сращивания осей, сохраняющих поляризацию высокоотражающей и низкоотражающей решеток, составляет 90°, пик пропускания в направлении медленной оси высокоотражающей решетки соответствует пику пропускания в направлении быстрой оси низкоотражающей решетки, и, таким образом, может быть реализован выходной сигнал одноволнового линейно поляризованного волоконного лазера.
Дата публикации: 12 сентября 2025 г.