Лазерный мир

Р. Р. Кашина, Ю. А. Конин, Ю. А. Великоцкий, А. Р. Рахматуллина, А. Ю. Петухова, В. А. Щербакова, В. Б. Ромашова // Журнал Фотоника, 2021, №2

Волоконный лазер или усилитель на базе стандартных активных одномодовых волокон может генерировать лазерный выходной луч дифракционного качества, но он ограничен источником накачки и процентом эффективности лазерного преобразования [1]. Для лазерных применений очень важно иметь четкий и качественный пучок выходного излучения. Однако использование активных многомодовых волокон зачастую приводит к плохому качеству выходного пучка.

Сильнейшим прогрессивным достижением в наше время стало появление оптических волокон с двой­ной оболочкой [2]. Данная технология позволяет сконструировать волоконный лазер, пучок которого на выходе имеет мощность более 1 кВт [3, 4].
Проблема с получением высокого качества выходного пучка и высоким преобразованием мощности решилась с появлением волокон в двой­ной оболочке. Вся суть технологии в том, что при использовании оптического волокна в двой­ной оболочкой излучение накачки попадает не сразу в сердцевину волокна, а сначала попадает в ее оболочку [5]. Далее происходит перекачка мощности накачки из оболочки в сердцевину, которая, в свою очередь, легирована ионами редкоземельных элементов. Они поглощают фотоны излучения накачки и генерируют когерентное излучение на необходимой длине волны. Следует учитывать тот факт, что для лазеров высокой мощности невозможно ввести излучение накачки с высокой мощностью непосредственно в сердцевину волокна.

Неполное поглощение излучения накачки может возникать в результате появления мод оболочки со слабым перекрытием сердцевины. Даже если с помощью подходящей конструкции волокна удается обеспечить сильное смешение мод, поглощение накачки уменьшается из-за ограниченного перекрытия света накачки с сердцевиной легированного волокна. Поэтому обычно стремятся обеспечить большую длину активного волокна. Хотя, в свою очередь, это может быть вредным, например, с точки зрения влияния нелинейных эффектов.

Кроме того, высокая концентрация ионов примеси может затруднить работу лазера или усилителя с короткими длинами волн излучения, а увеличенный вклад флуоресценции может снизить эффективность преобразования энергии.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Исследование распространяющегося по оптическому волокну излучения производилось на лабораторном макете для исследования профиля пучка. Лабораторный макет состоит из лазерного диода накачки FocusLight с длиной волны 976 нм, волокна доставки Nufern MM105 / 125, приваренного к исследуемому волокну, держателю волокна Fujikura FH‑60-DC250, постаментов Standa 3PH, рельсовой подвижки Standa 20R6 и камеры WinCamD-LCM, набора нейтральных фильтров ND1-ND5.

РЕЗУЛЬТАТЫ
Для первого измерения было выбрано волокно MM-EYDF‑10 / 125-XPH, ограниченное отрезком 10 см. На него подавалось лазерное излучение с длиной волны 976 нм и мощностью 500 мВт. Профиль пучка показан на рис. 4.

Профиль пучка имеет необычную форму. Как видно из рис. 4, излучение, распространяющееся по второй световедущей оболочке, имеет восьмигранную форму. Кроме того, имеется кольцо оболочечной моды, которое распространяется по ней, а между границами первой и второй оболочек имеется явный провал в мощности. Излучение, распространяющееся по первой световедущей оболочке, не имеет явно выраженного пика, но он там все же присутствует (обратите внимание на рис. 5).

Форма интенсивности излучения и на первой, и на второй оболочке имеет плоскую вершину. Это свидетельствует о том, что в исследуемом волокне реализована функция смешения мод, которая помогает перекачивать энергию из пассивной световедущей оболочки в активную жилу волокна. Измеренное значение перекачки составило 48,6%. Присутствие оболочечной моды, как в рис. 3, и провала между первой и второй световедущими оболочками свидетельствует о неполной перекачке энергии излучения – ​это негативный эффект. Такую оболочечную моду необходимо будет отфильтровывать с помощью модового стриппера, например при дальнейшей сборке лазера.

Полное содержание статьи: https://www.photonics.su/files/article_pdf/8/article_8768_830.pdf