Составные ВКР-лазеры. 
Волоконные лазеры

Длинноволновая граница эффективного преобразования устройств, описанных в разд.4.2., составляет 1.6 мкм. В случае ВКР-лазеров она определяется конфигурацией, основанной на двухкаскадном ВКР-преобразовании в фосфоросиликатном волоконном световоде, и длинноволновым краем генерации иттербиевых волоконных лазеров (1.12 мкм), где эффективность лазера превышает 60%. В то же время, спектральный диапазон в области 1.6−1.8 мкм также представляет интерес для ряда применений.

Для генерации излучения в этой области можно использовать ВКР-лазер на основе фосфоросиликатного волоконного световода с двумя сдвигами частоты на 1330 см -1, обусловленными компонентой Р205, и одним сдвигом на 440 см -1, обусловленным кварцевым стеклом. К сожалению, фосфоросиликатные волоконные световоды в настоящее время имеют значительно большие оптические потери, чем световоды на основе германосиликатного стекла (0.8 — 1 дБ/км против 0.2 дБ/км в области 1.5 мкм). При дальнейшем увеличении длины волны оптические потери в фосфоросиликатных волоконных световодах из-за влияния края фононного поглощения растут быстрее, чем потери в германосиликатных световодах. Поэтому схема с одновременным использованием стоксовых сдвигов, обусловленных фосфорной и кварцевой составляющими материала световода, выглядит неперспективной. В то же время, в германосиликатных световодах потери растут существенно медленнее, и в телекоммуникационных волоконных световодах они в этой спектральной области составляют около 0.25 дБ/км.

Использование волоконных световодов на основе германосиликатного стекла в качестве активной среды требует использования семикаскадного преобразования для получения излучения с длиной волны более 1.6 мкм. Такая схема сложна в изготовлении и малоэффективна из-за высокой общей пороговой мощности накачки, поэтому было предложено использовать составной ВКР-лазер, схема которого представлена на рис. 4.7.

Рисунок 4.7 — Схема составного ВКР-лазера. Крестиками показаны точки сварки, около каждой решетки указана резонансная длина волны (в мкм).

Лазер состоит из двух частей: двухкаскадного конвертера на основе фосфоросиликатного световода и однокаскадного преобразователя на германосиликатном световоде. Первая часть преобразователя позволяет получить выходное излучение на длине волны 1533 нм, вторая — на 1649 нм. Максимальная мощность излучения на л = 1533 нм составила 2.07 Вт при мощности полупроводникового лазера накачки 8 Вт. В качестве активной среды второй стадии использовался стандартный телекоммуникационный световод со смещенной в область 1.55 мкм длиной волны нулевой хроматической дисперсии; оптические потери в нем равнялись 0.2 и 0.25 дБ/км на длинах волн 1533 и 1649 нм соответственно. Коэффициент усиления слабого сигнала на длине волны 1649 нм составил 2.2 дБ*км-1Вт -1. Измерение коэффициента усиления проводилось с помощью полупроводникового лазера, излучающего в данном спектральном диапазоне. На рис. 4.8 показана мощностная характеристика ВКР-лазера на длине волны 1649 нм.

Рисунок 4.8 — Зависимость выходной мощности составного ВКР-лазера от мощности иттербиевого лазера на длине волны 1089 нм. На вставке — спектр излучения составного лазера.

Несмотря на невысокий коэффициент усиления, коэффициент преобразования излучения на длине волны 1533 нм в излучение на длине волны 1649нмсоставил63%, дифференциальнаяэффективностьпреобразования излучения иттербиевого волоконного лазера (л = 1089 нм) — 32%, ширина линии излучения ВКР-лазера — 0.35 нм (рис. 4.8).

Отметим, что использование составной конфигурации позволяет реализовать источники, перекрывающие спектральный диапазон 1.6−1.75 мкм. При этом ожидается получение примерно такой же выходной мощности, поскольку необходимая длина волны излучения иттербиевого лазера в этом случае попадает в диапазон 1.07 -1.12 мкм, где его эффективность изменяется незначительно.

Для получения лазерного излучения в области длин волн вблизи 2 мкм и длиннее необходимо использовать волоконные световоды на основе GeO2. Стекло на основе двуокиси германия имеет минимум оптических потерь вблизи 2 мкм, при этом значение поперечного сечения комбинационного рассеяния превышает соответствующее значение для кварцевого стекла в 10 раз. Кроме того, германатное стекло имеет высокую фоточувствительность, что позволяет записывать брэгговские решетки в световоде без насыщения его водородом.

Реализован четырехкаскадный ВКР-лазер (ВКР-лазер 1) на основе германатного световода, генерирующий излучение на длине волны 2.06 мкм. В качестве источника его накачки применялся двухкаскадный ВКР-лазер на основе фосфоросиликатного волоконного световода с выходной длиной волны 1472 нм, который, в свою очередь, накачивался излучением волоконного Yb-лазера (л = 1057 нм). Схема ВКР-лазера показана на рис. 4.9, а на рис. 4.10 приведен спектр его выходного излучения.

Рисунок 4.9 -. Схема четырехкаскадного волоконного ВКР-лазера с длиной волны 2.06 мкм; ОС — выходное зеркало. Около каждой решетки указана резонансная длина волны (в нм).

Рисунок 4.10 — Спектр излучения на выходе четырехкаскадного ВКР-лазера: 1 — излучение накачки иттербиевого лазера (1057 нм); 2,3- излучение с двух каскадов фосфоросиликатного ВКР-лазера 2 (1231 и 1472 нм); 4,5,6 — излучение с первых трех каскадов четырехкаскадного ВКР-лазера 1 (1575, 1695 и 1853 нм); 7 — излучение на максимуме ВКР-усиления (2017 нм), соответствующем частотному сдвигу 440 см -1 от 1853 нм; 8 — излучение с четвертого каскада ВКР-лазера 1 (2062 нм).