Лазерный мир

В.А. Лазарев, С.О. Леонов, А.Б. Пнев, С.Г. Сазонкин, К.П. Цапенко, А.А. Крылов // Инженерный журнал: наука и инновации ЭЛЕКТРОННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ, Номер: 9 (21), Год: 2013, Страницы: 51, УДК: 621.373.826

АННОТАЦИЯ:

Предложен фемтосекундный волоконный лазер для реализации фемтосекундного делителя частоты с целью переноса стабильности частоты от оптического стандарта. Рассмотрен один из вариантов реализации такого лазера с пленками на основе одностенных углеродных нанотрубок для синхронизации мод. Предложена схема самозапускающейся генерации со стабильной синхронизацией мод и соответствующим контролем состояния поляризации.

ОПИСАНИЕ НА АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ: Hybrid mode-locked ultrashort-pulse erbium-doped fiber laser for the development of femtosecond scaler, Lazarev V.A.1, Leonov S.O.1, Pnev A.B.1, Sazonkin S.G.1, Tsapenko K.P.1, Krylov A.A.2
1 Bauman Moscow State Technical University
2 Fiber Optics Research Center of the Russian Academy of Sciences

In this paper we consider an implementation of fs-laser with CNT-film for mode-locking. Scheme of single-pulse, self-starting, stable mode-locked laser generation by appropriate polarization controllers adjustment is suggested.

Введение. В настоящее время быстрыми темпами развиваются навигационные системы и системы глобального позиционирования.
В России модернизируется глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС). Одной из ключевых проблем, затрудняющих дальнейшее совершенствование ее технических параметров, является повышение точностных и эксплуатационных характеристик аппаратуры частотно-временного сегмента. В связи с этим задача построения малогабаритного, стойкого к внешним воздействиям высокоточного задающего генератора для использования в системах наземного и космического базирования является актуальной. Наиболее перспективное решение такой задачи — разработка оптического стандарта частоты на высокостабильных непрерывных лазерных источниках [1].
Следует отметить, что для применения оптического стандарта частоты (ОСЧ) в технике и промышленности необходимо разработать делитель частоты. В частности, для ОСЧ на основе Cr2+:ZnSe-лазера [2, 3], работающего на частоте 125 ТГц, необходимо реализовать деление частоты с целью получения эталонного сигнала в диапазоне 1,2…1,6 ГГц, в котором работает система ГЛОНАСС [4]. В течение
долгого времени переход из оптического диапазона в радиодиапазон спектра был чрезвычайно трудной научно-технической задачей, для решения которой требовались многочисленные цепочки преобразователей и громоздкая аппаратура. Ситуация коренным образом изменилась в начале 2000-х годов благодаря достижениям в области оптики сверхкоротких (фемтосекундных) лазерных импульсов.
Фемтосекундные лазеры генерируют последовательность сверхкоротких импульсов [5], спектр которых представляет собой гребенку оптических частот — набор эквидистантно расположенных узких спектральных линий. Если какую-либо компоненту спектра гребенки стабилизировать с помощью стандарта частоты, то абсолютные значения частот всех других компонент будут известны. Фактически, получится линейка оптических частот, с помощью которой можно эффективно решить проблему высокоточных спектральных измерений. При этом будет стабильной частота повторения импульсов лазера в диапазоне 50…100 МГц, в котором работает аппаратура навигационноременного обеспечения большого числа пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования. Этот
стабильный сигнал частоты повторения импульсов лазера будет эталонным сигналом для передачи потребителю.
Для широкого применения эталонной частотной аппаратуры в различных отраслях промышленности, и особенно в комическом приборостроении, необходимо разработать компактный и надежный делитель оптической частоты. С этой точки зрения наиболее перспективным вариантом реализации делителя частоты является фемтосекундный волоконный лазер, работающий в непрерывном режиме генерации ультракоротких импульсов с частотой повторения импульсов 50…100 МГц.
В данной работе рассмотрен один из перспективных вариантов реализации фемтосекундного волоконного лазера, основанного на методе гибридной синхронизации мод. Этот пассивный самозапускающийся метод, позволяющий получить стабильный режим генерации сверхкоротких лазерных импульсов, что обусловило его выбор для реализации фемтосекундного волоконного лазера.
Стабильная генерация коротких импульсов в режиме синхронизации мод в волоконных лазерах осуществляется путем совместного действия двух насыщающихся поглотителей: медленного насыщающегося поглотителя, например такого как самопросветляющееся зеркало (SESAM) [6] или углеродные наноструктуры [7] (фотография, полученная с помощью микроскопа, приведена на рис. 1), и быстрого поглотителя на основе нелинейного эффекта Керра [8, 9].
На рис. 2 приведена схема разработанного кольцевого эрбиевого волоконного фемтосекундного лазера. Лазер состоит из активного волокна, легированного эрбием, диаметр сердцевины 5 мкм, длина волокна 35 см. Накачка осуществляется с помощью лазерного диода мощностью 120 мВт, работающего на длине волны 980 нм. Излучение вводится в резонатор посредством 980/1550 нм мультиплексора.

…
В лазере использована НЭП как механизм быстрого насыщения внутри кольца резонатора с синхронизацией мод с помощью поглотителя на основе одностенных углеродных нанотрубок (ОУН). Медленно насыщающиеся поглотители способствуют надежному запуску синхронизации мод, но короткие импульсы можно получить только при использовании механизма быстрого насыщения, такого как НЭП за счет эффекта Керра в волоконном резонаторе. Таким образом, медленно насыщающийся поглотитель инициирует стабильную синхронизацию мод, а поглотитель на основе быстрого эффекта Керра способствует уменьшению длительности и повышению качества импульсов.

…
Заключение. В результате проведенных исследований установлено уменьшение длительности ультракоротких импульсов, получаемых в кольцевом волоконном эрбиевом лазере с синхронизацией мод с использованием НЭП-механизма. Применялись активные эрбиевые волокна с положительной дисперсией групповых скоростей в спектральном диапазоне длин волн 1500…1600 нм. Наименьшая длительность импульсов, полученная при исследовании, составила 250 фс. Следует отметить, что на основе разработанного лазера путем разработки систем обратной связи для регулировки параметров лазерного резонатора можно создать фемтосекундный делитель частоты, который в сочетании с ОСЧ будет востребован в навигационных системах, прецизионной спектроскопии, радиоастрономии, фундаментальной метрологии, при геодезических измерениях и в других областях науки и техники.

Полное содержание статьи: http://engjournal.ru/articles/929/929.pdf