Лазер без зеркал

Научная библиотека Комментариев к записи Лазер без зеркал нет

БАБИН С.А. // Наука из первых рук, №3(45), 2012, с:27-33

В длинном волоконном световоде может возникнуть лазерная генерация света – необходимая для этого положительная обратная связь создается из-за рэлеевского рассеяния генерируемого излучения на неоднородностях волокна. Такой лазер может быть отнесен к классу «случайных» лазеров, активно изучаемых в последнее время. По эффективности и качеству создаваемого пучка света лазер с распределенной случайной обратной связью не уступает лазеру с обычным резонатором, но при этом его излучение обладает рядом уникальных свойств.

Устройство лазера сейчас знает даже школьник. С лазерами мы сталкиваемся практически на каждом шагу – в магазинах при сканировании штрих-кодов, при воспроизведении и чтении компакт-дисков, при печати на лазерных принтерах. Широко используются лазеры и в промышленности – для резки, сварки и пайки деталей из различных материалов.

Известно, что для лазерной генерации нужна активная среда, атомы которой переведены в возбужденное состояние с помощью накачки, и резонатор, который позволяет генерировать когерентное излучение. Среды могут быть разными – газы и плазма, жидкости и твердые тела (полупроводники, кристаллы и стекла). Возбуждение атомов активной среды в основном осуществляется электрическим током или светом, получаемым от ламп или светодиодов, – в этом случае говорят об оптической накачке.

1c5b3a9ebda6f6fa28af7ddf2f6d088d

Резонатор обычно состоит из двух зеркал, установленных параллельно друг другу. Зеркала отражают свет назад в активную среду, и если его усиление за счет вынужденного излучения возбужденными атомами превышает потери, то возникает генерация и мощность излучения резко возрастает. Однако мощность не может расти до бесконечности и стабилизируется на уровне, определяемом эффектом насыщения усиления – усиление в стационарном режиме становится равным потерям в резонаторе.

Резонатор и сам лазер не могут быть очень длинными, так как пучок света при распространении расширяется из-за дифракции. Чем меньше размер пучка, тем сильнее его расходимость и, соответственно, больше потери на зеркалах. Чтобы устранить дифракционные потери при расхождении пучка, можно использовать полностью закрытый резонатор, разместив в промежутке между зеркалами волновод. В качестве волновода может выступать, например, волоконный световод. В последнее время лазеры на основе оптоволокна получили широкое распространение.

Оптоволоконная революция

Как же устроен волоконный световод? Его сердцевина изготовлена из легированного кварцевого стекла и имеет повышенный показатель преломления. Диаметр сердцевины составляет около 10 мкм, диаметр внешней стеклянной оболочки порядка 100 мкм.
Внешняя оболочка покрывается пластиком. В таком волноводе свет распространяется практически без потерь. Незначительные потери возникают из-за рэлеевского рассеяния на субмикронных неоднородностях показателя преломления, которые всегда есть в стекле. Коэффициент потерь уменьшается с ростом длины волны: минимум потерь в пассивных волокнах, используемых в телекоммуникациях, достигается вблизи ~1,55 мкм (инфракрасное излучение) и составляет около 5 % исходной мощности на километр волокна.
Другим важным свойством волоконных световодов является фоточувствительность: если облучать сердцевину волокна ультрафиолетовым излучением, можно локально изменять показатель преломления.
Периодические изменения интенсивности, полученные например, при помощи интерференции двух пучков ультрафиолета, позволяют сформировать в сердцевине световолокна периодическую структуру – так называемую волоконную брэгговскую решетку (ВБР), которая
отражает свет с определенной длиной волны за счет конструктивной интерференции дифрагирующих пучков. Коэффициент отражения такой решетки может превышать 99 %. Брэгговскую решетку можно использовать в качестве узкополосных внутриволоконных лазерных зеркал, при этом они выдерживают большую мощность и «живут» много лет.

Простейший вариант волоконного лазера представляет собой отрезок волоконного световода с сердцевиной, легированной ионами редкоземельных элементов (иттербия, эрбия и др.), на концах которого сформированы брэгговские решетки. Некогерентное излучение
лазерного диода накачки заводится в волокно через ответвитель и переводит ионы редкоземельной примеси в возбужденное состояние, создавая таким образом усиливающую среду. Волоконные брэгговские решетки, отражающие свет на резонансной частоте, формируют резонатор лазера непосредственно в волоконном световоде. Реализация полностью волоконной схемы привела к революции в лазерной технике – такой лазер не требует юстировки зеркал, обладает высокой эффективностью и стабильностью генерации при высоком качестве пучка. В последнее десятилетие волоконные лазеры активно развивались в технологическом плане и получили широкое распространение на практике, в первую очередь в оптической связи и обработке материалов.


Уникальные свойства волоконных рэлеевских СРОС-лазеров открывают новый класс лазерных источников, которые могут найти применение как в фундаментальных и прикладных научных исследованиях, так и на практике, особенно в сверхдальней оптической связи и распределенных сенсорных системах. Благодаря лазерной генерации в оптоволоконной линии связи, которая служит накачкой ВКР-усилителя, распределенного вдоль всей линии, информационный сигнал может передаваться почти без потерь (quasi-lossless transmission) в широкой полосе. На этой основе возможно создание принципиально новой системы высокоскоростной передачи информации на большие расстояния без промежуточных усилителей.

Полное содержание статьи: http://cyberleninka.ru/article/n/lazer-bez-zerkal 

Рекомендуем для Вас

Leave a comment

You must be logged in to post a comment.


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top