Návrh optické dráhy polarizovaného vláknového laseru s úzkou šířkou čáry

Návrh optické dráhy polarizovaného vláknalaser s úzkou šířkou čáry

1. Přehled

1018 nm polarizovaný vláknový laser s úzkou šířkou čáry. Pracovní vlnová délka je 1018 nm, výstupní výkon laseru je 104 W, spektrální šířky 3 dB a 20 dB jsou ~21 GHz a ~72 GHz, poměr extinkce polarizace je >17,5 dB a kvalita paprsku je vysoká (2 x M – 1,62 a 2 y M) Alaserový systéms účinností sklonu 79 % (∼1,63).

2. Popis optické dráhy

Vpolarizovaný vláknový laser s úzkou šířkou čáryLineárně polarizovaný vláknový laserový oscilátor se skládá z dvojice vláknových mřížek udržujících polarizaci a 1,5 metru dlouhého 10/125 μm ytterbiem dopovaného dvojitě plášťovaného vlákna udržujícího polarizaci jako zesilovacího média. Absorpční koeficient tohoto optického vlákna při 976 nm je 5 dB/m. Laserový oscilátor je buzen laserem synchronizovaným s vlnovou délkou 976 nm.polovodičový lasers maximálním výkonem 27 W prostřednictvím slučovače paprsků (1+1)×1 s udržováním polarity. Vysoce odrazivá mřížka má odrazivost přes 99 % a šířka pásma odrazu 3 dB je přibližně 0,22 nm. Nízká odrazivost mřížky je 40 % a šířka pásma odrazu 3 dB je přibližně 0,216 nm. Centrální vlnové délky odrazu obou mřížek jsou 1018 nm. Pro vyvážení výstupního výkonu laserového rezonátoru a poměru potlačení ASE byla nízká odrazivost mřížky optimalizována na 40 %. Ocasní vlákno vysoce odrazivé mřížky je spojeno se ziskovým vláknem, zatímco ocasní vlákno nízko odrazivé mřížky je otočeno o 90° a spojeno s ocasním vláknem plášťového filtru. Poloha vrcholu vlnové délky rychlé osy odrazu vysoce odrazivé mřížky se tak shoduje s polohou vrcholu vlnové délky pomalé osy odrazu nízko odrazivé mřížky. Tímto způsobem může v rezonanční dutině kmitat pouze jeden polarizovaný laser. Zbývající budicí světlo v plášti optického vlákna je filtrováno vlastnoručně vyrobeným plášťovým filtrem, který je vtaven do rezonanční dutiny, a výstupní pigtail je zkosený o 8°, aby se zabránilo zpětné vazbě na čelní ploše a parazitnímu kmitání.

3. Základní znalosti

Mechanismus generování lineárně polarizovaných vláknových laserů: V důsledku dvojlomu napětí má hruškovité vlákno s udržující polarizaci dvě ortogonální polarizační osy, známé jako rychlá osa a pomalá osa. Obecně platí, že protože index lomu pomalé osy je větší než index lomu rychlé osy, má mřížka napsaná na vlákně s udržující polarizaci dvě různé centrální vlnové délky. Rezonanční dutina lineárně polarizovaného vláknového laseru se obvykle skládá ze dvou mřížek s udržující polarizaci. Vlnové délky mřížky s nízkým odrazem a mřížky s vysokým odrazem na rychlé a pomalé ose si odpovídají. Pokud je šířka pásma odrazu mřížky s udržující polarizaci dostatečně úzká, lze přenosová spektra ve směru rychlé a pomalé osy oddělit a obě vlnové délky mohou vibrovat uvnitř rezonanční dutiny. Podle principu oscilace dvou vlnových délek mřížky s udržující polarizaci lze v experimentu k dosažení tohoto cíle použít metodu paralelního svařování. Během svařování jsou osy udržující polarizaci obou mřížek zarovnány. Tímto způsobem odpovídají dva vrcholy propustnosti vysoce odrazivé mřížky vrcholům nízko odrazivé mřížky, a lze tak realizovat laserový výstup s dvojitou vlnovou délkou.

V reálných systémech s udržováním polarizace laseru je lineární zešikmení důležitým ukazatelem pro vyhodnocení výstupních charakteristik lineárně polarizovaných laserů. Obecně je perioda mřížky s vysokým odrazem větší než perioda mřížky s nízkým odrazem. Pro dosažení lineárně polarizovaného laseru s vysokou hodnotou PER stačí, aby vibroval pouze jeden polarizační pík. Pokud je rychlá osa mřížky s nízkým odrazem podél pomalé osy mřížky s vysokým odrazem, centrální vlnová délka ve směru rychlé osy mřížky s nízkým odrazem odpovídá vlnové délce ve směru pomalé osy mřížky s vysokým odrazem, zatímco přenosový pík ve směru pomalé osy mřížky s nízkým odrazem neodpovídá přenosovému píku ve směru rychlé osy mřížky s vysokým odrazem. Tímto způsobem lze vibrovat jeden přenosový pík. Podobně, když je pomalá osa mřížky s nízkým odrazem podél rychlé osy mřížky s vysokým odrazem, centrální vlnová délka pomalé osy mřížky s nízkým odrazem odpovídá vlnové délce rychlé osy mřížky s vysokým odrazem, zatímco přenosový vrchol rychlé osy mřížky s nízkým odrazem neodpovídá vrcholu pomalé osy mřížky s vysokým odrazem. Tímto způsobem lze také vibrovat jeden přenosový vrchol. Obě výše uvedené metody mohou dosáhnout lineárně polarizovaného laserového výstupu. Podle principu oscilace lineárně polarizovaného laseru s jednou vlnovou délkou mřížky s udržením polarizace lze v experimentu k dosažení tohoto cíle použít metodu ortogonálního spojování. Pokud je úhel spojování os udržení polarizace mřížky s vysokým odrazem a mřížky s nízkým odrazem 90°, přenosový vrchol ve směru pomalé osy mřížky s vysokým odrazem odpovídá přenosovému vrcholu ve směru rychlé osy mřížky s nízkým odrazem, a proto lze realizovat výstup lineárně polarizovaného vláknového laseru s jednou vlnovou délkou.