Optisk banedesign av polarisert fibersmal linjebreddelaser
1. Oversikt
1018 nm polarisert fiber smallinjebreddelaser. Arbeidsbølgelengden er 1018 nm, laserutgangseffekten er 104 W, spektralbreddene på 3 dB og 20 dB er henholdsvis ~21 GHz og ~72 GHz, polarisasjonsutslettelsesforholdet er >17,5 dB, og strålekvaliteten er høy (2 x M – 1,62 og 2 y M) Alasersystemmed en hellingseffektivitet på 79 % (∼1,63).
2. Beskrivelse av optisk bane
I enpolarisert fiber smallinjebreddelaser, den lineært polariserte fiberlaseroscillatoren er satt sammen av et par polarisasjonsopprettholdende fibergitter og en 1,5 meter lang 10/125 μm ytterbiumdopet dobbeltkledd polarisasjonsopprettholdende fiber som forsterkningsmedium. Absorpsjonskoeffisienten til denne optiske fiberen ved 976 nm er 5 dB/m. Laseroscillatoren pumpes av en 976 nm bølgelengdelåsthalvlederlasermed en maksimal effekt på 27 W gjennom en polaritetsbevarende (1+1)×1 strålekombinator. Høyrefleksjonsgitteret har en reflektivitet på over 99 %, og 3 dB refleksjonsbåndbredden er omtrent 0,22 nm. Gitterets lave reflektivitet er 40 %, og 3 dB refleksjonsbåndbredden er omtrent 0,216 nm. De sentrale refleksjonsbølgelengdene til begge gittrene er på 1018 nm. For å balansere utgangseffekten til laserresonatoren og ASE-undertrykkelsesforholdet ble gitterets lave reflektivitet optimalisert til 40 %. Halefiberen til høyrefleksjonsgitteret er smeltet sammen med forsterkningsfiberen, mens halefiberen til lavrefleksjonsgitteret er rotert 90° og smeltet sammen med halefiberen til kledningsfilteret. Dermed samsvarer topposisjonen til den hurtigaksede refleksjonsbølgelengden til høyrefleksjonsgitteret med den langsomaksede refleksjonsbølgelengden til lavrefleksjonsgitteret. På denne måten kan bare én polarisert laser oscillere i resonanskaviteten. Det gjenværende pumpelyset i den optiske fiberkledningen filtreres ut av et hjemmelaget kledningsfilter som er smeltet inn i resonanskaviteten, og utgangspigtailen er avfaset med 8° for å forhindre tilbakekobling i endeflaten og parasittisk oscillasjon.
3. Bakgrunnskunnskap
Genereringsmekanismen for lineært polariserte fiberlasere: På grunn av spenningsdobbeltbrytning har den pæreformede polarisasjonsopprettholdende fiberen to ortogonale polarisasjonsakser, kjent som den raske aksen og den langsomme aksen. Generelt, siden brytningsindeksen til den langsomme aksen er større enn den raske aksen, har gitteret som er skrevet på den polarisasjonsopprettholdende fiberen to forskjellige sentrale bølgelengder. Resonanskaviteten til en lineært polarisert fiberlaser består vanligvis av to polarisasjonsopprettholdende gittere. Bølgelengdene til lavrefleksjonsgitteret og høyrefleksjonsgitteret på den raske aksen og den langsomme aksen korresponderer henholdsvis. Når refleksjonsbåndbredden til det polarisasjonsopprettholdende gitteret er smal nok, kan transmisjonsspektrene i den raske aksen og den langsomme aksen skilles, og begge bølgelengdene kan vibrere i resonanskaviteten. I henhold til prinsippet om dobbeltbølgelengdesoscillasjon i det polarisasjonsopprettholdende gitteret, kan parallellsveisemetoden brukes i eksperimentet for å oppnå dette. Under sveising er de polarisasjonsbevarende aksene til de to gittrene justert. På denne måten korresponderer de to transmisjonstoppene til høyrefleksjonsgitteret med transmisjonstoppene til lavrefleksjonsgitteret, og dermed kan laserutgang med dobbel bølgelengde realiseres.
I faktiske laserpolarisasjonsopprettholdende systemer er lineær skjevhet en viktig indikator for å evaluere utgangsegenskapene til lineært polariserte lasere. Generelt er perioden til et høyreflekterende gitter større enn perioden til et lavreflekterende gitter. For å oppnå en lineært polarisert laser med en høy PER-verdi, trenger bare én polarisasjonstopp å vibrere. Når den raske aksen til lavreflekterende gitter er langs den langsomme aksen til høyreflekterende gitter, tilsvarer den sentrale bølgelengden i den raske akseretningen til lavreflekterende gitter den i den langsomme akseretningen til høyreflekterende gitter, mens transmisjonstoppen i den langsomme akseretningen til lavreflekterende gitter ikke tilsvarer transmisjonstoppen i den raske akseretningen til høyreflekterende gitter. På denne måten kan én transmisjonstopp vibreres. På samme måte, når den langsomme aksen til et lavreflektansgitter er langs den raske aksen til et høyreflektansgitter, tilsvarer den sentrale bølgelengden til den langsomme aksen til lavreflektansgitteret den raske aksen til høyreflektansgitteret, mens transmisjonstoppen til den raske aksen til lavreflektansgitteret ikke tilsvarer den langsomme aksen til høyreflektansgitteret. På denne måten kan én transmisjonstopp også vibreres. Begge de to metodene ovenfor kan oppnå lineært polarisert laserutgang. I henhold til prinsippet om lineært polarisert laseroscillasjon med én bølgelengde i det polarisasjonsopprettholdende gitteret, kan den ortogonale skjøtemetoden brukes i eksperimentet for å oppnå dette. Når skjøtevinkelen til polarisasjonsopprettholdende akser for høyrefleksjonsgitteret og lavrefleksjonsgitteret er 90°, tilsvarer transmisjonstoppen i den langsomme akseretningen for høyrefleksjonsgitteret transmisjonstoppen i den raske akseretningen for lavrefleksjonsgitteret, og dermed kan utgangen av en enkeltbølgelengde lineært polarisert fiberlaser realiseres.
Publisert: 12. september 2025