Одночастотный лазер на базе легированного ионами Er – Yb оптического волокна с волоконными брэгговскими решетками - Альремеити , Джума; Гончаренко, Игорь Андреевич (Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2023)
Рассмотрена структура компактного узкополосного волоконно-оптического лазера, генерирующего излучение в одной продольной моде (одночастотный лазер). В настоящее время одночастотные лазеры находят широкое применение в оптических системах связи с разделением каналов по длинам волн (технология WDM), оптических датчиках с высоким разрешением, спектрометрах, также они используются для распознавания оптических изображений, детектирования гравитационных волн, создания мощных киловаттных лазерных систем на основе сложения когерентных лазерных пучков и т. д. Предложенный лазер изготовлен на основе короткого отрезка оптического волокна, совместно легированного ионами Er3+ и Yb3+. Для создания обратной связи использован резонатор Фабри – Перо, сформированный волоконными брэгговскими решетками, которые записаны на концах отрезка легированного волокна. С помощью математического моделирования выполнена оптимизация параметров элементов лазера для достижения генерации на одной продольной моде на длине волны 1550 нм, соответствующей минимальным потерям стандартного телекоммуникационного волокна. Теоретическая модель основана на получении решения для стационарного состояния системы скоростных уравнений для оптических полей с учетом взаимодействия между энергетическими уровнями легированного ионами Er3+ – Yb3+ кварцевого волокна. Система уравнений решена с использованием итерационного метода в программном коде Matlab, что позволило провести анализ заселенности энергетических уровней ионов эрбия и иттербия. Для вычисления функции отражения брэгговских решеток применен разработанный авторами алгоритм на основе метода линий. С использованием программного пакета Optisystem произведен расчет динамики установления генерации предложенного лазера на основе легированного ионами Er3+ – Yb3+ оптического волокна. Показано, что при оптимальных параметрах элементов лазера можно получить одночастотную генерацию в непрерывном режиме с мощностью 0,67 Вт на длине волны 1550 нм при мощности накачки 1 Вт с дифференциальной эффективностью (т. е. эффективностью наклона кривой зависимости мощности сигнала от мощности накачки), равной 67 %.
Keywords: волоконно-оптический лазер; одночастотная генерация; волоконная брэгговская решетка; легированное ионами Er – Yb оптическое волокно; резонатор Фабри – Перо