Návrh optickej dráhy polarizovaného vláknového laseru s úzkou šírkou čiary

Návrh optickej dráhy polarizovaného vláknalaser s úzkou šírkou čiary

1. Prehľad

1018 nm polarizovaný vláknový laser s úzkou šírkou čiary. Pracovná vlnová dĺžka je 1018 nm, výstupný výkon laseru je 104 W, spektrálna šírka 3 dB a 20 dB je ~21 GHz a ~72 GHz, pomer extinkcie polarizácie je >17,5 dB a kvalita lúča je vysoká (2 x M – 1,62 a 2 y M) Alaserový systéms účinnosťou sklonu 79 % (∼1,63).

2. Popis optickej dráhy

Vpolarizovaný vláknový laser s úzkou šírkou čiaryLineárne polarizovaný vláknový laserový oscilátor sa skladá z dvojice vláknových mriežok udržiavajúcich polarizáciu a 1,5 metra dlhého 10/125 μm yterbiom dopovaného dvojito potiahnutého vlákna udržiavajúceho polarizáciu ako zosilňovacieho média. Absorpčný koeficient tohto optického vlákna pri 976 nm je 5 dB/m. Laserový oscilátor je čerpaný vlnovou dĺžkou 976 nm.polovodičový lasers maximálnym výkonom 27 W cez zlučovač lúčov (1+1)×1 so zachovaním polarity. Mriežka s vysokým odrazom má odrazivosť viac ako 99 % a šírka pásma odrazu 3 dB je približne 0,22 nm. Nízka odrazivosť mriežky je 40 % a šírka pásma odrazu 3 dB je približne 0,216 nm. Centrálne odrazové vlnové dĺžky oboch mriežok sú 1018 nm. Pre vyváženie výstupného výkonu laserového rezonátora a pomeru potlačenia ASE bola nízka odrazivosť mriežky optimalizovaná na 40 %. Chvostové vlákno mriežky s vysokým odrazom je spojené so ziskovým vláknom, zatiaľ čo chvostové vlákno mriežky s nízkym odrazom je otočené o 90° a spojené s chvostovým vláknom plášťového filtra. Poloha vrcholu vlnovej dĺžky rýchlej osi odrazu mriežky s vysokým odrazom sa teda zhoduje s polohou vrcholu vlnovej dĺžky pomalej osi odrazu mriežky s nízkym odrazom. Týmto spôsobom môže v rezonančnej dutine kmitať iba jeden polarizovaný laser. Zvyšné budiace svetlo v plášti optického vlákna je filtrované vlastnoručne vyrobeným plášťovým filtrom vliatym do rezonančnej dutiny a výstupný pigtail je skosený o 8°, aby sa zabránilo spätnej väzbe na čelnej ploche a parazitným osciláciám.

3. Základné znalosti

Mechanizmus generovania lineárne polarizovaných vláknových laserov: V dôsledku dvojlomu napätia má hruškovité vlákno udržiavajúce polarizáciu dve ortogonálne polarizačné osi, známe ako rýchla os a pomalá os. Vo všeobecnosti, keďže index lomu pomalej osi je väčší ako index lomu rýchlej osi, mriežka napísaná na vlákne udržiavajúcom polarizáciu má dve rôzne centrálne vlnové dĺžky. Rezonančná dutina lineárne polarizovaného vláknového laseru sa zvyčajne skladá z dvoch mriežok udržiavajúcich polarizáciu. Vlnové dĺžky mriežky s nízkym odrazom a mriežky s vysokým odrazom na rýchlej a pomalej osi si zodpovedajú. Keď je šírka pásma odrazu mriežky udržiavajúcej polarizáciu dostatočne úzka, prenosové spektrá v smere rýchlej a pomalej osi sa môžu oddeliť a obe vlnové dĺžky môžu vibrovať v rezonančnej dutine. Podľa princípu oscilácie s dvojitou vlnovou dĺžkou mriežky udržiavajúcej polarizáciu sa v experimente môže na dosiahnutie tohto cieľa použiť metóda paralelného zvárania. Počas zvárania sú osi udržiavajúcej polarizáciu oboch mriežok zarovnané. Týmto spôsobom dva prenosové vrcholy mriežky s vysokým odrazom zodpovedajú vrcholom mriežky s nízkym odrazom, a tak je možné dosiahnuť laserový výstup s dvojitou vlnovou dĺžkou.

V skutočných systémoch s udržiavaním polarizácie lasera je lineárna zošikmenie dôležitým ukazovateľom pre hodnotenie výstupných charakteristík lineárne polarizovaných laserov. Vo všeobecnosti je perióda mriežky s vysokým odrazom väčšia ako perióda mriežky s nízkym odrazom. Na dosiahnutie lineárne polarizovaného laseru s vysokou hodnotou PER stačí, aby vibroval iba jeden polarizačný pík. Keď je rýchla os mriežky s nízkym odrazom pozdĺž pomalej osi mriežky s vysokým odrazom, centrálna vlnová dĺžka v smere rýchlej osi mriežky s nízkym odrazom zodpovedá stredovej vlnovej dĺžke v smere pomalej osi mriežky s vysokým odrazom, zatiaľ čo prenosový pík v smere pomalej osi mriežky s nízkym odrazom nezodpovedá prenosovému pík v smere rýchlej osi mriežky s vysokým odrazom. Týmto spôsobom je možné vibrovať jeden prenosový pík. Podobne, keď je pomalá os mriežky s nízkym odrazom pozdĺž rýchlej osi mriežky s vysokým odrazom, centrálna vlnová dĺžka pomalej osi mriežky s nízkym odrazom zodpovedá vlnovej dĺžke rýchlej osi mriežky s vysokým odrazom, zatiaľ čo prenosový pík rýchlej osi mriežky s nízkym odrazom nezodpovedá prenosovému píku pomalej osi mriežky s vysokým odrazom. Týmto spôsobom môže vibrovať aj jeden prenosový pík. Obe vyššie uvedené metódy môžu dosiahnuť lineárne polarizovaný laserový výstup. Podľa princípu oscilácie lineárne polarizovaného laseru s jednou vlnovou dĺžkou mriežky s udržiavaním polarizácie je možné v experimente použiť metódu ortogonálneho spájania. Keď je uhol spájania osí s udržiavaním polarizácie mriežky s vysokým odrazom a mriežky s nízkym odrazom 90°, prenosový pík v smere pomalej osi mriežky s vysokým odrazom zodpovedá prenosovému píku v smere rýchlej osi mriežky s nízkym odrazom, a tým je možné dosiahnuť výstup lineárne polarizovaného vláknového laseru s jednou vlnovou dĺžkou.