WO2015102518A1 - Fiber laser having nonlinear radiation frequency conversion in a high-q resonator (variants) - Google Patents

Fiber laser having nonlinear radiation frequency conversion in a high-q resonator (variants) Download PDF

Info

Publication number
WO2015102518A1
WO2015102518A1 PCT/RU2014/000723 RU2014000723W WO2015102518A1 WO 2015102518 A1 WO2015102518 A1 WO 2015102518A1 RU 2014000723 W RU2014000723 W RU 2014000723W WO 2015102518 A1 WO2015102518 A1 WO 2015102518A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fiber
laser
resonator
radiation
nonlinear
Prior art date
Application number
PCT/RU2014/000723
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Сергей Михайлович КОБЦЕВ
Сергей Александрович ХРИПУНОВ
Даба Александрович РАДНАТАРОВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Техноскан-Лаб" (Ооо"Техноскан-Лаб")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Техноскан-Лаб" (Ооо"Техноскан-Лаб") filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Техноскан-Лаб" (Ооо"Техноскан-Лаб")
Publication of WO2015102518A1 publication Critical patent/WO2015102518A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0092—Nonlinear frequency conversion, e.g. second harmonic generation [SHG] or sum- or difference-frequency generation outside the laser cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06754—Fibre amplifiers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

The invention relates to laser technology. A fiber laser having nonlinear radiation frequency conversion contains a pump source, a fiber linear resonator, a module for feeding the pump radiation into an amplifying fiber, a spectrally-selective reflecting element on one side of the linear resonator, and, on the other side thereof, a high-Q resonator containing a nonlinear optical crystal, and, positioned between the end of the fiber and the high-Q resonator, a focusing element. One of two flat operating surfaces of the nonlinear crystal, or of the optical element located in the high-Q resonator, is perpendicular to incident radiation and acts as an output mirror of the linear resonator; a collimating optical element is positioned between the fiber and the focusing element, between which a polarizer is positioned, the surfaces of which are inclined to the axis of the resonator at an angle of no less than one degree. The technical result consists in effectively generating non-linearly converted radiation with improved temporal stability of radiation power.

Description

ВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕР С НЕЛИНЕЙНЫМ ПРЕОБРАЗОВА- НИЕМ ЧАСТОТ ИЗЛУЧЕНИЯ В ВЫСОКОДОБРОТНОМ FIBER LASER WITH NONLINEAR TRANSFORMATION OF THE RADIATION FREQUENCIES IN A HIGH-Q
РЕЗОНАТОРЕ RESONATOR
(ВАРИАНТЫ)  (OPTIONS)
Область техники Technical field
Настоящее изобретение относится к лазерам - приборам для генерации когерентных электромагнитных волн и про- мышленно применимо в устройствах и системах, исполь- зующих лазерное излучение. The present invention relates to laser devices for generating coherent electromagnetic waves and is industrially applicable in devices and systems using laser radiation.
Предшествующий уровень техники State of the art
Из существующего уровня техники известен волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения во внешнем высокодобротном резонаторе (J.W.Kim et al. Effi- cient second-harmonic generation of continuous-wave Yb fiber lasers coupled with an external resonant cavity. Appl Phys B, 108, 539-543 (2012)). Высокодобротный резонатор является внешним по отношению к волоконному лазеру и не имеет с ним никаких общих элементов. Недостатком данного техни- ческого решения является относительно большая времен- ная нестабильность интенсивности излучения второй гар- моники, которая может достигать единиц процентов (<4%, среднеквадратичная), и эта нестабильность обусловлена нестабильной оптической связью двух резонаторов - резо- натора лазера и высокодобротного резонатора - в силу не- зависимости их конструкций. Дополнительным недостатком указанного решения является неоптимальная выходная мощность излучения лазера, что вызвано неоптимальным пропусканием выходного зеркала резонатора лазера, со- ставляющим 96%, это выходное зеркало образовано пер- пендикулярным к пучку излучения лазера выходным воло- конным кварцевым торцом, не имеющим какого-либо по- крытия. A fiber laser with nonlinear frequency conversion of radiation in an external high-Q cavity is known from the prior art (JW Kim et al. Effective second-harmonic generation of continuous-wave Yb fiber lasers coupled with an external resonant cavity. Appl Phys B, 108, 539- 543 (2012)). A high-Q cavity is external to the fiber laser and has no common elements with it. The disadvantage of this technical solution is the relatively large temporal instability of the radiation intensity of the second harmonic, which can reach units of percent (<4%, rms), and this instability is due to unstable optical coupling of two resonators — a laser cavity and a high-Q cavity — due to the independence of their designs. An additional drawback of this solution is the non-optimal output laser radiation power, which is caused by the non-optimal transmission of the output mirror of the laser resonator, which is 96%; this output mirror is formed perpendicular to the laser beam by the output quartz fiber end face, which does not have any - coverings.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является волоконный лазер с нелинейным преобразовани- ем частот излучения во внутреннем высокодобротном ре- зонаторе (WO 2012/101391 А1, Optical fiber lasers, опубл. 02.08.2012). В этом решении высокодобротный резонатор содержится внутри линейного резонатора лазера ('резонатор в резонаторе', при этом лазер генерирует на тех частотах, которые являются общими для обоих резона- торов - лазер генерирует на тех продольных модах линей- ного резонатора, которые попадают в полосы пропускания высокодобротного резонатора. Недостатком этого техниче- ского решения является то, что добротность внутреннего резонатора ограничена в силу необходимости ввода излу- чения во внутренний резонатор и вывода из него для орга- низации обратной связи. Т.е. два зеркала внутреннего ре- зонатора, которые должны частично пропускать лазерное излучение, увеличивают потери излучения во внутреннем резонаторе, что понижает добротность внутреннего резона- тора и, соответственно, уменьшает эффективность нели- нейного преобразования частот излучения во внутреннем резонаторе. Closest to the claimed technical solution is a fiber laser with nonlinear frequency conversion of radiation in an internal high-Q cavity (WO 2012/101391 A1, Optical fiber lasers, published 02.08.2012). In this solution, a high-Q cavity is contained inside the linear cavity of the laser (a 'cavity in the cavity', while the laser generates at those frequencies that are common to both resonators - the laser generates at those longitudinal modes of the linear cavity that fall into the passband A disadvantage of this technical solution is that the quality factor of the internal resonator is limited due to the need to introduce radiation into the internal resonator and output from it to organize That is, two mirrors of the internal resonator, which should partially transmit laser radiation, increase the radiation loss in the internal resonator, which reduces the quality factor of the internal resonator and, accordingly, reduces the efficiency of linear conversion of radiation frequencies in the internal cavity.
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Задачей, на решение которой направлены заявляемые изобретения, является создание волоконного лазера с уве- личенной мощностью выходного излучения и увеличенной эффективностью нелинейного преобразования частот из- лучения в высокодобротном резонаторе, а также с умень- шенной временной нестабильность интенсивности преоб- разованного излучения. The task to which the claimed inventions are directed is to create a fiber laser with an increased output radiation power and an increased efficiency of nonlinear conversion of the radiation frequencies in a high-Q resonator, as well as with a reduced time instability of the converted radiation intensity.
Данная задача решается за счет того, что в известном волоконном лазере с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе, содержащем оптически связанные источник излучения накачки, волокон- ный линейный резонатор, включающий поддерживающее поляризацию излучения усиливающее волокно, волоконный модуль спектрального сведения для заведения излучения накачки в усиливающее волокно, спектрально-селективный отражающий элемент с одной стороны линейного резона- тора, содержащий нелинейный оптический кристалл высо- кодобротный резонатор с другой стороны линейного резо- натора, расположенный между высокодобротным резона- тором и усиливающим волокном торец волокна, не отра- жающий излучение лазера назад в это волокно, располо- женный между торцом волокна и высокодобротным резона- тором фокусирующий элемент, фокусирующий выходящее из торца волокна излучение в высокодобротный резонатор и согласующий моду линейного резонатора с модой высо- кодобротного резонатора, согласно изобретению одна из двух плоских рабочих поверхностей нелинейного кристал- ла, имеющих просветляющие покрытия, перпендикулярна падающему пучку излучения и служит выходным зеркалом линейного резонатора волоконного лазера, между торцом волокна и фокусирующим элементом расположен коллими- рующий оптический элемент, а между фокусирующим эле- ментом и коллимирующим элементом расположен поляри- затор, отражающие поверхности которого наклонены к оси резонатора лазера на угол не менее одного градуса. This problem is solved due to the fact that in the known fiber laser with nonlinear conversion of radiation frequencies in a high-Q cavity containing optically coupled pump radiation sources, a fiber linear resonator including an amplifying fiber supporting polarization of radiation, a fiber spectral information module for introducing pump radiation into amplifying fiber, spectrally selective reflecting element on one side of a linear resonator, containing a nonlinear optical crystal of high an approved resonator on the other side of the linear resonator located between the high-Q cavity and the fiber-reinforcing fiber, the end face of the fiber not reflecting laser radiation back into this fiber, the focusing element located between the fiber end and the high-Q resonator focusing fiber end radiation in a high-Q cavity and matching the linear resonator mode with the high-Q resonator mode, according to the invention, one of the two flat working surfaces of the nonlinear crystal having antireflection coatings is perpendicular to the incident radiation beam and serves as an output mirror of the fiber laser linear resonator, there are collimates between the fiber end and the focusing element - the optical element, and between the focusing element and the collimating element there is a polarizer, the reflecting surfaces of which are inclined to the axis of onatora laser at an angle of not less than one degree.
В частности, высокодобротный резонатор может быть выполнен в четырёхзеркальной, трёхзеркальной и двухзер- кальной конфигурации. В трёхзеркальной конфигурации вместо одного из зеркал используется призма.  In particular, a high-Q resonator can be made in a four-mirror, three-mirror, and two-mirror configurations. In a three-mirror configuration, a prism is used instead of one of the mirrors.
В частности, нелинейный оптический кристалл имеет форму прямоугольного параллелепипеда с двумя рабочими поверхностями, которые перпендикулярны падающему пуч- ку излучения и имеют просветляющие покрытия для излу- чения лазера.  In particular, the nonlinear optical crystal has the shape of a rectangular parallelepiped with two working surfaces that are perpendicular to the incident radiation beam and have antireflection coatings for laser radiation.
В частности, нелинейный оптический кристалл имеет вторую поверхность, ориентированую под углом Брюстера относительно пучка лазерного излучения.  In particular, a nonlinear optical crystal has a second surface oriented at a Brewster angle relative to the laser beam.
В частности, спектрально-селективным отражающим элементом может являться волоконная брэгговская решёт- ка или объемная дифракционная решётка.  In particular, the spectrally selective reflective element may be a fiber Bragg grating or a bulk diffraction grating.
В частности, спектрально-селективным отражающим элементом может являться призма в сочетании с отра- жающим зеркалом или призма Литтрова с отражающим по- крытием на поверхности, на которую нормально падает пу- чок лазерного излучения после преломления на входной поверхности призмы. In particular, a spectrally selective reflective element may be a prism in combination with or a Littrov prism with a reflective coating on the surface onto which the laser beam normally falls after refraction on the input surface of the prism.
В частности, отражение просветлённой рабочей поверх- ности нелинейного оптического кристалла составляет для излучения лазера не более 1%.  In particular, the reflection of the enlightened working surface of a nonlinear optical crystal is no more than 1% for laser radiation.
В частности, пропускание входного зеркала высокодоб- ротного резонатора для излучения лазера имеет значение в диапазоне 1-5%.  In particular, the transmission of the input mirror of a high-Q cavity for laser radiation has a value in the range of 1–5%.
В частности, нелинейным оптическим кристаллом может быть кристалл для удвоения частот генерации, параметри- ческого или вынужденного комбинационного (рамановского) преобразования частот генерации.  In particular, a nonlinear optical crystal can be a crystal for doubling the lasing frequencies, parametric or forced Raman conversion of the lasing frequencies.
В частности, в качестве усиливающего волокна может быть использовано как стеклянное оптическое волокно, так и стеклянное оптическое волокно, допированное редкозе- мельными элементами или легированное оксидами герма- ния, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi.  In particular, both glass optical fiber and glass optical fiber doped with rare earth elements or doped with germanium and phosphorus oxides, as well as their combination, can be used as a reinforcing fiber, while a compound of a chemical element can enter the oxide matrix Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Ta, Zr, Bi.
В частности, источником излучения накачки волоконного лазера может служить рамановский лазер при использова- нии в качестве усиливающего волокна стекловолокна, ле- гированного оксидами германия, фосфора, а также их соче- танием, при этом в оксидную матрицу может входить со- единение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi, при этом резонатор рамановского лазера образуют две волоконные брэгговские решётки, имеющие перпендикурярные лучу или наклонные штрихи и отражаю- щие излучение первой стоксовой компоненты рамановского лазера. In particular, a Raman laser can be used as a source of pump radiation from a fiber laser when fiberglass doped with germanium, phosphorus, and a combination of them is used as an amplifying fiber, and the compound of the chemical element Si can enter the oxide matrix , N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Ta, Zr, Bi, while the Raman laser resonator they form two fiber Bragg gratings having a perpendicular beam or slanting strokes and reflecting the radiation of the first Stokes component of the Raman laser.
В частности, в дополнение к спектрально-селективному отражающему элементу может быть использован спек- трально-селективный пропускающий элемент, такой как ин- терферометр Фабри-Перо, установленный в коллимиро- ванном пучке излучения в резонаторе лазера.  In particular, in addition to a spectrally selective reflective element, a spectrally selective transmitting element, such as a Fabry-Perot interferometer mounted in a collimated radiation beam in a laser cavity, can be used.
В частности, в четырёхзеркальном высокодобротном ре- зонаторе могут быть расположены два нелинейных оптиче- ских кристалла, осуществляющие разные типы нелинейного преобразования спектра излучения волоконного лазера. In particular, in a four-mirror high-Q cavity, two nonlinear optical crystals can be located that perform different types of nonlinear transformation of the radiation spectrum of a fiber laser.
В частности, в качестве спектрально-селективного отра- жающего элемента используется волоконная брэгговская решётка с наклонными штрихами. In particular, a fiber Bragg grating with oblique strokes is used as a spectrally selective reflecting element.
Данная задача решается за счет того, что в известном волоконном лазе-ре с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном ре-зонаторе, содержащем оптически связанные источник излучения накачки, во- локонный линейный резонатор, включающий поддержи- вающее поляризацию излучения усиливающее волокно, волоконный модуль спектрального сведе-ния для заведе- ния излучения накачки в усиливающее волокно, спектраль- но-селективный отражающий элемент с одной стороны ли- нейного резонатора, содержащий нелинейный оптический кристалл высокодобротный резонатор с другой стороны ли- нейного резонатора, расположенный между высокодоб- ротным резонатором и усиливающим волокном торец во- локна, не отражаю-щий излучение лазера назад в это во- локно, расположенный между торцом во-локна и высоко- добротным резонатором фокусирующий элемент, фокуси- ру-ющий выходящее из торца волокна излучение в высоко- добротный резонатор и согласующий моду линейного резо- натора с модой высокодобротного резо-натора, согласно изобретению в высокодобротном резонаторе расположен оптический элемент, одна из двух плоских рабочих поверх- ностей которого, имеющих просветляющие покрытия, пер- пендикулярна падающему пучку излучения и служит выход- ным зеркалом линейного резонатора волоконного лазера, между торцом волокна и фокусирующим элементом распо- ложен коллимирующий оптический элемент, а между фоку- сирующим элементом и коллимирующим элементом распо- ложен поляризатор, отражающие поверхности которого на- клонены к оси резонатора лазера на угол не менее одного градуса. This problem is solved due to the fact that in the known fiber laser with nonlinear conversion of radiation frequencies in a high-Q resonator containing optically coupled pump radiation source, a linear fiber cavity including an amplifying fiber that supports polarization of radiation, a fiber module of spectral information for introducing pump radiation into an amplifying fiber, a spectrally selective reflecting element on one side of a linear resonator, containing a nonlinear optical crystal in a high-Q resonator on the other side of the linear resonator located between the high-Q the front end of the fiber and the amplifying fiber, the end face of the fiber does not reflect the laser radiation back into this fiber, the focusing element located between the end of the fiber and the high-quality resonator focuses the radiation emerging from the end of the fiber into high high-quality resonator and matching mode of the linear resonator with the mode of high-Q resonator, according to the invention, an optical element is located in the high-Q resonator, one of the two flat working surfaces of which having antireflection coatings is perpendicular It is a photocoupler that is incident to the incident radiation beam and serves as an output mirror of the linear laser fiber resonator, a collimating optical element is located between the fiber end and the focusing element, and a polarizer is located between the focusing element and the collimating element, the reflecting surfaces of which are inclined to the axis laser cavity at an angle of at least one degree.
В частности, спектрально-селективным элементом может являться волоконная брэгговская решётка или объемная дифракционная решётка.  In particular, the spectrally selective element may be a fiber Bragg grating or a bulk diffraction grating.
В частности, спектрально-селективным отражающим элементом может являться призма в сочетании с отра- жающим зеркалом или призма Литтрова с отражающим по- крытием на поверхности, на которую нормально падает пу- чок лазерного излучения после преломления на входной поверхности призмы. В частности, отражение просветлённой рабочей поверх- ности оптического элемента составляет для излучения ла- зера не более 1%. In particular, the spectrally selective reflective element may be a prism in combination with a reflecting mirror or a Littrov prism with a reflective coating on the surface onto which the laser beam normally falls after refraction on the input surface of the prism. In particular, the reflection of the enlightened working surface of the optical element for laser radiation is no more than 1%.
В частности, пропускание входного зеркала высокодоб- ротного ре-зонатора для излучения лазера имеет значение в диапазоне 1-5%.  In particular, the transmission of the input mirror of a high-Q resonator for laser radiation has a value in the range of 1–5%.
В частности, нелинейным оптическим кристаллом может быть кри-сталл для удвоения частот генерации, параметри- ческого или вынужденного комбинационного (рамановского) преобразования частот генерации.  In particular, a nonlinear optical crystal can be a crystal for doubling the lasing frequencies, parametric or forced Raman conversion of the lasing frequencies.
В частности, в качестве усиливающего волокна может быть исполь-зовано как стеклянное оптическое волокно, так и стеклянное оптическое волокно, допированное редкозе- мельными элементами или легированное оксидами герма- ния, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi.  In particular, both glass optical fiber and glass optical fiber doped with rare-earth elements or doped with germanium and phosphorus oxides, as well as their combination, can be used as a reinforcing fiber, and a compound can be included in the oxide matrix chemical element Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Ta, Zr, Bi.
В частности, источником излучения накачки волоконного лазера может служить рамановский лазер при использова- нии в качестве усиливающего волокна стекловолокна, ле- гированного оксидами германия, фосфора, а также их соче- танием, при этом в оксидную матрицу может входить со- единение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi, при этом резонатор рамановского лазера образуют две волоконные брэгговские решётки, имеющие перпендикурярные лучу или наклонные штрихи и отражаю- щие излучение первой стоксовой компоненты рамановского лазера. В частности, в дополнение к спектрально-селективному отражающему элементу может быть использован спек- трально-селективный пропускающий элемент, такой как ин- терферометр Фабри-Перо, установленный в коллимиро- ванном пучке излучения в резонаторе лазера. In particular, a Raman laser can be used as a source of pump radiation from a fiber laser when fiberglass doped with germanium, phosphorus, and a combination of them is used as an amplifying fiber, and the compound of the chemical element Si can enter the oxide matrix , N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Ta, Zr, Bi, and the Raman laser cavity consists of two fiber Bragg gratings having perpendicular to the beam or inclined strokes and reflecting the radiation of the first Stokes component Raman laser . In particular, in addition to a spectrally selective reflective element, a spectrally selective transmitting element, such as a Fabry-Perot interferometer mounted in a collimated radiation beam in a laser cavity, can be used.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является достижение увеличен- ной мощности выходного излучения и увеличенной эффек- тивности нелинейного преобразования частот излучения в высокодобротном резонаторе, а также достижение умень- шенной временной нестабильности интенсивности преоб- разованного излучения. Повышенная мощность выходного излучения достигается за счет оптимального пропускания выходного зеркала резонатора, составляющего 99% и бо- лее. Использование в качестве выходного зеркала воло- конного лазера просветлённой рабочей поверхности нели- нейного оптического кристалла с отражением излучения не более 1% является оптимальным для достижения макси- мальной выходной мощности волоконного лазера. По дан- ным работы Liao et al. Optimization of Yb3+-doped double- clad fiber lasers using a new approximate analytical solution. Optics & Laser Technology, 43(1 ), 55-61 (2011) оптимальное пропускание выходного зеркала волоконного лазера со- ставляет 99% и более. Повышенная эффективность не- линейного преобразования частот излучения в высокодоб- ротном резонаторе достигается за счет того, что в предло- женном техническом решении высокодобротный резонатор имеет только одно частично пропускающее зеркало - то, через которое излучение лазера заводится в высокодоб- ротный резонатор. Кроме того, дополнительное увеличение эффективности нелинейного преобразования частот излу- чения в высокодобротном резонаторе достигается за счет использования в волоконном лазере поддерживающего по- ляризацию излучения усиливающего волокна и поляриза- тора, обеспечивающих линейную поляризацию лазерного излучения. Уменьшение временной нестабильности интен- сивности преобразованного излучения достигается за счет частичной связи конфигураций двух резонаторов - часть высокодобротного резонатора является частью линейного резонатора лазера. The technical result provided by the given set of features is the achievement of increased output radiation power and increased efficiency of nonlinear conversion of radiation frequencies in a high-Q resonator, as well as achieving reduced temporal instability of the converted radiation intensity. The increased output radiation power is achieved due to the optimal transmission of the output mirror of the resonator, which is 99% or more. The use of an enlightened working surface of a nonlinear optical crystal with a radiation reflection of not more than 1% as an output mirror of a fiber laser is optimal for achieving the maximum output power of a fiber laser. According to Liao et al. Optimization of Yb3 + -doped double- clad fiber lasers using a new approximate analytical solution. Optics & Laser Technology, 43 (1), 55-61 (2011) Optimum transmission of the output mirror of a fiber laser is 99% or more. The increased efficiency of nonlinear conversion of radiation frequencies in a high-Q resonator is achieved due to the fact that in the proposed technical solution, a high-Q cavity has only one partially transmitting mirror — that through which the laser radiation is introduced into a high-Q mouth cavity. In addition, an additional increase in the efficiency of nonlinear conversion of radiation frequencies in a high-Q cavity is achieved through the use of an amplifying fiber and a polarizer supporting polarization of radiation in a fiber laser, which provide linear polarization of laser radiation. A decrease in the temporal instability of the converted radiation intensity is achieved due to the partial coupling of the configurations of the two resonators — part of the high-Q cavity is part of the linear laser cavity.
Необходимо отметить, что ни одно отдельно взятое уст- ройство не даёт такого эффекта, какой даёт совокупность заявленных признаков. До подачи данной заявки было не- очевидно, что совокупность заявленных признаков позво- лит решить задачу увеличения мощности излучения лазера и увеличение эффективности нелинейного преобразования частот излучения в высокодобротном резонаторе, а также задачу уменьшение временной нестабильность интенсив- ности преобразованного излучения.  It should be noted that not a single device taken has the same effect as the totality of the declared features. Prior to filing this application, it was not obvious that the totality of the declared features would solve the problem of increasing the laser radiation power and increasing the efficiency of nonlinear conversion of radiation frequencies in a high-Q resonator, as well as reducing the temporal instability of the converted radiation intensity.
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Сущность изобретения поясняется следующими схема- ми. The invention is illustrated by the following schemes.
На фиг. 1 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном че- тырёхзеркальном резонаторе: In FIG. one A diagram of a fiber laser with nonlinear frequency conversion of radiation in a high-Q four-mirror cavity is presented:
I - источник излучения накачки,  I is the pump radiation source,
2 - спектрально-селективный отражающий элемент, 2 - spectrally selective reflective element,
3 - волоконный модуль спектрального сведения, 3 - fiber module spectral information,
4 - поддерживающее поляризацию излучения усиливаю- щее волокно,  4 - reinforcing fiber supporting polarization of radiation,
5 - торец волокна линейного резонатора,  5 - end of the fiber of the linear resonator,
6 - коллимирующий оптический элемент,  6 - collimating optical element,
7 - поляризатор,  7 - polarizer,
8 - фокусирующий оптический элемент,  8 - focusing optical element,
9 - входное зеркало высокодобротного резонатора,  9 - input mirror of a high-Q resonator,
10 - дихроичное зеркало высокодобротного резонатора, через которое преобразованное излучение  10 - dichroic mirror of a high-Q resonator, through which the converted radiation
14 выходит из высокодобротного резонатора,  14 comes out of a high-Q cavity
I I - нелинейный оптический кристалл,  I I - nonlinear optical crystal,
12 - просветлённая рабочая поверхность нелинейного оптического кристалла,  12 - enlightened working surface of a nonlinear optical crystal,
13 - высокодобротный резонатор,  13 - high-Q resonator,
15, 16 - зеркала высокодобротного резонатора, полно- стью отражающие излучение лазера.  15, 16 — mirrors of a high-Q resonator fully reflecting laser radiation.
На фиг. 2 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном ре- зонаторе, состоящем из двух зеркал 9, 10 и призмы 17. На фиг. 3 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном ре- зонаторе, состоящем из двух зеркал 9 и 10. In FIG. Figure 2 shows a diagram of a fiber laser with nonlinear conversion of radiation frequencies in a high-Q cavity consisting of two mirrors 9, 10 and prism 17. In FIG. Figure 3 shows a diagram of a fiber laser with nonlinear conversion of radiation frequencies in a high-Q cavity consisting of two mirrors 9 and 10.
На фиг. 4 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном че- тырёхзеркальном резонаторе с нелинейным оптическим элементом, имеющем вторую поверхность, ориентирова- ную под углом Брюстера относительно пучка лазерного из- лучения. In FIG. Figure 4 shows a diagram of a fiber laser with nonlinear conversion of radiation frequencies in a high-quality four-mirror resonator with a nonlinear optical element having a second surface oriented at a Brewster angle relative to the laser beam.
На фиг. 5 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном ре- зонаторе 13 с использованием в качестве спектрально- селективного отражающего элемента волоконной брэггов- ской решётки. In FIG. 5 is a diagram of a fiber laser with nonlinear conversion of radiation frequencies in a high-Q cavity 13 using a fiber Bragg grating as a spectrally selective reflecting element.
На фиг. 6 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном ре- зонаторе 13 с использованием в качестве спектрально- селективного отражающего элемента объёмной дифракци- онной решётки. Заведение излучения на объёмную ди- фракционную решётку производится через волоконный то- рец 18 линейного резонатора, не отражающий излучение лазера назад в это волокно, и коллимирующий элемент 6. In FIG. Figure 6 shows a diagram of a fiber laser with nonlinear conversion of radiation frequencies in a high-Q cavity 13 using volume diffraction as a spectrally selective reflecting element grating. The radiation is introduced into the bulk diffraction grating through the fiber end 18 of the linear resonator, which does not reflect the laser radiation back into this fiber, and the collimating element 6.
На фиг. 7 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном ре- зонаторе 13 с использованием в качестве спектрально- селективного отражающего элемента призмы в сочетании с отражающим зеркалом. Призма оптически связана с линей- ным резонатором через волоконный торец 18, не отражаю- щий излучение лазера назад в это волокно, и коллимирую- щий элемент 6. In FIG. 7 is a diagram of a fiber laser with nonlinear frequency conversion of radiation in a high-Q cavity 13 using a prism as a spectrally selective reflective element in combination with a reflecting mirror. The prism is optically coupled to the linear resonator through the fiber end 18, which does not reflect the laser radiation back into this fiber, and the collimating element 6.
На фиг. 8 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном ре- зонаторе 13 с использованием в качестве спектрально- селективного отражающего элемента призмы Литтрова. Призма Литтрова оптически связана с линейным резонато- ром лазера через волоконный торец 18, не отражающий излучение лазера назад в это волокно, и коллимирующий элемент 6. In FIG. Figure 8 shows a diagram of a fiber laser with nonlinear conversion of radiation frequencies in a high-Q cavity 13 using a Littrov prism as a spectrally selective reflecting element. The Littrov prism is optically coupled to the linear laser resonator through the fiber end 18, which does not reflect the laser radiation back into this fiber, and the collimating element 6.
На фиг. 9 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном ре- зонаторе 13 с использованием в качестве накачки раманов- ского лазера, образованного рамановским усиливающим волокном 4 и двумя волоконными брэгговскими решёткамиIn FIG. 9 A diagram of a fiber laser with nonlinear frequency conversion of radiation in a high-Q cavity 13 is presented using a Raman laser formed by a Raman amplifying fiber 4 and two fiber Bragg gratings as a pump
19, образующими резонатор рамановского лазера. 19 forming a Raman laser resonator.
На фиг. 10 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном ре- зонаторе 13, содержащем два нелинейных кристалла 11 иIn FIG. 10 shows a diagram of a fiber laser with nonlinear conversion of radiation frequencies in a high-Q cavity 13 containing two nonlinear crystals 11 and
20, расположенных в перетяжках излучения между зерка- лами 9-15 и 16-10. В этой схеме используются два дихро- ичных зеркала 15 и 10, позволяющих вывести из высоко- добротного резонатора два пучка преобразованного излу- чения 14 и 21. Один кристалл может осуществлять преоб- разование излучения лазера во вторую гармонику, второй - осуществлять параметрическое преобразование спектра излучения лазера. В этой схеме выходным зеркалом ли- нейного резонатора волоконного лазера служит ближайшая к усиливающему волокну просветлённая рабочая поверх- ность нелинейного оптического кристалла, расположенного между зеркалами 9 и 5. 20 located in the constriction of radiation between the mirrors 9-15 and 16-10. In this scheme, two dichroic mirrors 15 and 10 are used, which allow two beams of converted radiation 14 and 21 to be extracted from a high-Q cavity. One crystal can convert laser radiation to the second harmonic, and the second can carry out parametric conversion of the radiation spectrum laser. In this scheme, the illuminated working surface of a nonlinear optical crystal located between mirrors 9 and 5 is the output mirror of the linear cavity of the fiber laser.
На фиг. 11 представлена схема волоконного лазера с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном че- тырёхзеркально резонаторе, содержащем нелинейный кристалл 11 с двумя рабочими брюстеровскими поверхно- стями и оптический элемент 24 с плоской просветлённой рабочей поверхностью 12. In FIG. 11 shows a diagram of a fiber laser with nonlinear conversion of radiation frequencies in high-Q a three-mirror resonator containing a nonlinear crystal 11 with two working Brewster surfaces and an optical element 24 with a flat antireflected working surface 12.
Работает устройство следующим образом The device operates as follows
Излучение накачки, генерируемое источником 1 оптиче- ского излучения накачки, через волоконный модуль спек- трального сведения 3 попадает в усиливающее волокно 4, переводя усиливающую среду лазера в активное состоя- ние; генерация лазера осуществляется в линейном резона- торе, зеркалами которого являются: спектрально- селективный отражающий элемент 2 и просветлённая ра- бочая поверхность 12 нелинейного оптического кристалла 11 , расположенного в высокодобротном четырёхзеркаль- ном резонаторе 13; излучение от усиливающего волокна 4 попадает в высокодобротный резонатор 13 через торец во- локна линейного резонатора 5, коллимирующий оптический элемент 6, поляризатор 7 и фокусирующий оптический элемент 8, служащий для согласования мод линейного и высокодобротного резонаторов. В качестве коллимирующе- го и фокусирующего элементов могут быть использованы как линзы, так и объективы. Отражающие поверхности по- ляризатора 7 наклонены к оси резонатора лазера на угол не менее одного градуса для того, чтобы излучение, отра- жённое от поверхностей поляризатора, не попадало назад в резонатор лазера. Выходное излучение лазера, проходя просветлённую рабочую поверхность 12 нелинейного опти- ческого кристалла 11 , оказывается "запертым" в высоко- добротном резонаторе 13, зеркала которого 15, 16 и 10 полностью отражают излучение лазера. Потери излучения лазера в резонаторе 13 определяются, в основном, пропус- канием входного зеркала 9, имеющем значение в диапазо- не 1-5%. Высокая добротность резонатора 13 позволяет существенно увеличивать в нём интенсивность лазерного излучения и значительно увеличивать эффективность не- линейного преобразования частот излучения в нелинейном кристалле 11. Спектрально-преобразованное излучение 14 выходит из высокодобротного резонатора через дихроич- ное зеркало 10, полностью отражающего излучение лазера и пропускающего преобразованное излучение. Для обеспе- чения линейной поляризации излучения волоконного лазе- ра используется поддерживающее поляризацию излучения усиливающее волокно 4 и поляризатор 7. Торец волокна линейного резонатора 5 не отражает излучение лазера на- зад в это волокно за счет того, что имеет или угол скола не менее 8-ми градусов, или торец оканчивается волокном без сердцевины (coreless fiber). Использование спектрально- селективного элемента 2 в резонаторе волоконного лазера позволяет сузить спектр излучения лазера для того, чтобы ширина спектра излучения лазера не превышала спек- тральную ширину синхронизма нелинейного кристалла 1 , это позволяет нелинейно преобразовывать весь спектр из- лучения лазера. The pump radiation generated by the optical pump radiation source 1 through the fiber module 3 of the spectral information falls into the amplifying fiber 4, translating the amplifying medium of the laser into the active state; the laser is generated in a linear resonator, the mirrors of which are: a spectrally selective reflecting element 2 and an enlightened working surface 12 of a nonlinear optical crystal 11 located in a high-quality four-mirror resonator 13; the radiation from the amplifying fiber 4 enters the high-Q cavity 13 through the end of the fiber of the linear resonator 5, the collimating optical element 6, the polarizer 7, and the focusing optical element 8, which serves to match the modes of the linear and high-Q resonators. As a collimating and focusing element, both lenses and lenses can be used. The reflecting surfaces of the polarizer 7 are inclined to the axis of the laser cavity by an angle of at least one degree so that the radiation reflected from the surfaces of the polarizer does not fall back into the laser cavity. The laser output, passing the enlightened working surface 12 of a nonlinear optical crystal 11, is “locked” in the high-Q cavity 13, the mirrors of which 15, 16, and 10 completely reflect the laser radiation. The laser radiation loss in the resonator 13 is determined mainly by the transmission of the input mirror 9, which has a value in the range of 1-5%. The high quality factor of the resonator 13 allows one to significantly increase the intensity of laser radiation in it and significantly increase the efficiency of nonlinear conversion of radiation frequencies in a nonlinear crystal 11. Spectrally converted radiation 14 leaves the high-quality resonator through a dichroic mirror 10, which completely reflects the laser radiation and transmits the converted radiation. To ensure a linear polarization of radiation from a fiber laser, a polarization-enhancing fiber 4 and a polarizer 7 are used. The fiber end face of the linear cavity 5 does not reflect the laser radiation back into this fiber due to the fact that it has a cleaving angle of at least 8 degrees, or the end ends with a coreless fiber. The use of a spectrally selective element 2 in a fiber laser resonator makes it possible to narrow the laser emission spectrum so that the width of the laser radiation spectrum does not exceed the spectral synchronism width of nonlinear crystal 1; this allows nonlinear conversion of the entire laser radiation spectrum.
При использовании в качестве спектрально-селективных отражающих элементов объёмных (не волоконных) эле- ментов, излучение из усиливающего волокна выводится через торец 18, такаже не отражающий излучение лазера назад в это волокно за счет того, что имеет или угол скола не менее 8-ми градусов, или торец оканчивается волокном без сердцевины (coreless fiber). При использовании призмы Литтрова, дифракционной решётки и пары "призма и отра- жающее зеркало" перестройка длины волны излучения ла- зера производится поворотом призмы или решётки. When using volumetric (non-fiber) elements as spectrally selective reflecting elements, radiation from the amplifying fiber is output through the end 18, which also does not reflect the laser radiation back into this fiber due to the fact that it has a cleaving angle of at least 8 degrees, or the end ends with a coreless fiber. When using a Littrov prism, a diffraction grating, and a pair of “prism and reflecting mirror”, the laser wavelength is tuned by rotating the prism or grating.
Использование в качестве спектрально-селективного от- ражающего элемента волоконной брэгговской решётки с наклонными штрихами позволяет увеличить коэффициент поляризации излучения, так как волоконная брэгговская решётка с наклонными штрихами является поляризатором с высокой степенью поляризации излучения (X.P.Cheng et al. Tunable single polarization Yb3+-doped fiber ring laser by using intracavity tilted fiber Bragg grating. Proc. SPIE, v. 7134, 71342V (2008)).  The use of a fiber Bragg grating with oblique strokes as a spectrally selective reflecting element allows an increase in the radiation polarization coefficient, since a fiber Bragg grating with oblique strokes is a polarizer with a high degree of radiation polarization (XPCheng et al. Tunable single polarization Yb3 + -doped fiber ring laser by using intracavity tilted fiber Bragg grating. Proc. SPIE, v. 7134, 71342V (2008)).
В четырёхзеркальном высокодобротном резонаторе с оп- тическим элементом 23 выходным зеркалом линейного ре- зонатора лазера является плоская просветлённая поверх- ность оптического элемента, перпендикулярная лучу лазе- ра. При этом нелинейный кристалл имеет рабочие поверх- ности, ориентированные под углом Брюстера, для миними- зации потерь излучения при прохождении рабочих поверх- ностей нелинейного кристалла.  In a four-mirror high-Q resonator with an optical element 23, the output mirror of the linear laser resonator is a planar illuminated surface of the optical element perpendicular to the laser beam. In this case, the nonlinear crystal has working surfaces oriented at the Brewster angle to minimize radiation losses during the passage of the working surfaces of the nonlinear crystal.
Промышленная применимость Industrial applicability
Экспериментальная апробация предложенной схемы во- локонного лазера с удвоением частот излучения в высоко- добротном четырёхзеркальном резонаторе, представлен- ной на фиг. 7, продемонстрировала следующие результа- ты: при использовании легированного иттербием усили- вающего волокна максимальная выходная мощность лазе- ра на длине волны 536 нм составила 800 мВт при мощности излучения накачки 6 Вт на длине волны 976 нм, диапазон перестройки длины волны излучения: 521-545 нм при мощ- ности выходного излучения на краях рабочего спектрально- го диапазона 420 и 220 мВт соответственно, нестабиль- ность интенсивности излучения второй гармоники была не более 1% (среднеквадратичная величина). Ширина спектра фундаментального излучения (0,5 нм) не превышала спек- тральной ширины синхронизма (1 ,8 нм) нелинейного опти- ческого кристалла LBO, используемого в режиме некрити- ческого синхронизма. Experimental testing of the proposed fiber laser circuit with doubling the radiation frequencies in high-frequency the solid four-mirror cavity shown in FIG. 7, demonstrated the following results: when using a ytterbium-doped amplifying fiber, the maximum output laser power at a wavelength of 536 nm was 800 mW at a pump radiation power of 6 W at a wavelength of 976 nm, the tuning range of the radiation wavelength: 521- 545 nm at the output radiation power at the edges of the working spectral range of 420 and 220 mW, respectively, the instability of the second-harmonic radiation intensity was no more than 1% (rms value). The width of the spectrum of fundamental radiation (0.5 nm) did not exceed the spectral synchronism width (1.8 nm) of the nonlinear optical LBO crystal used in the noncritical synchronism mode.
Все описанное выше подтверждает промышленную при- менимость устройства.  Everything described above confirms the industrial applicability of the device.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе, содер- жащий оптически связанные источник излучения накачки, волоконный линейный резонатор, включающий поддержи- вающее поляризацию излучения усиливающее волокно, волоконный модуль спектрального сведения для заведения излучения накачки в усиливающее волокно, спектрально- селективный отражающий элемент с одной стороны линей- ного резонатора, содержащий нелинейный оптический кри- сталл высокодобротный резонатор с другой стороны ли- нейного резонатора, расположенный между высокодоброт- ным резонатором и усиливающим волокном торец волокна, не отражающий излучение лазера назад в это волокно, расположенный между торцом волокна и высокодобротным резонатором фокусирующий элемент, фокусирующий вы- ходящее из торца волокна излучение в высокодобротный резонатор и согласующий моду линейного резонатора с модой высокодобротного резонатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что одна из двух плоских рабочих поверхностей нели- нейного кристалла, имеющих просветляющие покрытия, выполнена перпендикулярно падающему пучку излучения и служит выходным зеркалом линейного резонатора воло- конного лазера, между торцом волокна и фокусирующим элементом расположен коллимирующий оптический эле- мент, а между фокусирующим элементом и коллимирую- щим элементом расположен поляризатор с проходными для излучения лазера поверхностями, имеющими угол на- клона к оси резонатора лазера не менее одного градуса. 1. A fiber laser with nonlinear frequency conversion of radiation in a high-quality resonator, containing an optically coupled source of pump radiation, a fiber linear resonator including an amplifying fiber that supports the polarization of the radiation, a fiber spectral convergence module for inserting pump radiation into the amplifying fiber, spectral-selective a reflective element on one side of the linear resonator containing a nonlinear optical crystal; a high-Q resonator on the other side of the linear resonator, located between the high-Q resonator and the amplifying fiber; a fiber end that does not reflect laser radiation back into this fiber; located between the end fiber and a high-Q resonator, a focusing element that focuses the radiation emerging from the end of the fiber into a high-Q resonator and matches the mode of the linear resonator with the mode of the high-Q resonator, differing in that one of the two flat working surfaces is nonlinear - linear crystal with antireflection coatings, is made perpendicular to the incident beam of radiation and serves as the output mirror of the linear resonator of the fiber laser, between the end of the fiber and the focusing element there is a collimating optical element, and between the focusing element and the collimating element there is a polarizer with pass-through for laser radiation from surfaces with an angle of inclination to the axis of the laser resonator of at least one degree.
2. Лазер по п.1, отл и ча ю щи йся тем, что высоко- добротный резонатор выполнен в четырёхзеркальной кон- фигурации. 2. Laser according to claim 1, differing in that the high-quality resonator is made in a four-mirror configuration.
3. Лазер по п.1, отл и ч а ющ и й ся тем, что высоко- добротный резонатор выполнен в трёхзеркальной конфигу- рации с использованием двух зеркал и призмы. 3. Laser according to claim 1, differing in that the high-Q resonator is made in a three-mirror configuration using two mirrors and a prism.
4. Лазер по п.1, отл ича ющи йся тем, что высоко- добротный резонатор выполнен в двухзеркальной конфигу- рации. 4. Laser according to claim 1, characterized in that the high-quality resonator is made in a two-mirror configuration.
5. Лазер по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что спек- трально-селективным отражающим элементом является призма в сочетании с отражающим зеркалом или призма Литтрова с отражающим покрытием на поверхности, на ко- торую нормально падает пучок лазерного излучения после преломления на входной поверхности призмы. 5. Laser according to claim 1, with the exception that the spectral-selective reflecting element is a prism in combination with a reflecting mirror or a Littrow prism with a reflective coating on a surface on which it is normal A beam of laser radiation falls after refraction at the entrance surface of the prism.
6. Лазер по п .1, отл ич ающ и й ся тем, что вторая плоская рабочая поверхность нелинейного кристалла, не являющаяся выходным зеркалом резонатора, ориентиро- вана под углом Брюстера относительно пучка лазерного излучения. 6. Laser according to claim 1, characterized in that the second flat working surface of the nonlinear crystal, which is not the output mirror of the resonator, is oriented at the Brewster angle relative to the laser beam.
7. Лазер по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что спек- трально-селективным отражающим элементом является волоконная брэгговская решётка или объемная дифракци- онная решётка. 7. Laser according to claim 1, except that the spectral-selective reflecting element is a fiber Bragg grating or a volumetric diffraction grating.
8. Лазер по п.1, отличающийся тем, что отражение рабочих поверхностей нелинейного кристалла составляет для излучения лазера не более 1%. 8. The laser according to claim 1, characterized in that the reflection of the working surfaces of the nonlinear crystal is no more than 1% for laser radiation.
9. Лазер по п.1, отличающийся тем, что пропуска- ние входного зеркала высокодобротного резонатора для излучения лазера имеет значение в диапазоне 1-5%. 9. Laser according to claim 1, characterized in that the transmission of the input mirror of the high-quality resonator for laser radiation is in the range of 1-5%.
10. Лазер по п.1, отличающийся тем, что нелиней- ным оптическим кристаллом является кристалл для удвое- ния частот генерации или для параметрического или выну- жденного комбинационного (рамановского) преобразования частот генерации. 10. Laser according to claim 1, characterized in that the nonlinear optical crystal is a crystal for doubling generation frequencies or for parametric or forced Raman (Raman) conversion of generation frequencies.
1 . Лазер по п.1, отличающийся тем, что в качест- ве усиливающего волокна используют стеклянное оптиче- ское волокно, или стеклянное оптическое волокно, допиро- ванное редкоземельными элементами или легированное оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение хими- ческого элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ва, Та, Zr, Bi. 1 . The laser according to claim 1, characterized in that glass optical fiber, or glass optical fiber doped with rare earth elements or doped with oxides of germanium, phosphorus, and their combination, is used as an amplifying fiber, and in an oxide matrix may include a compound of the chemical element Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Ta, Zr, Bi.
12. Лазер по п.1, отличающийся тем, что источни- ком излучения накачки волоконного лазера является рама- новский лазер при использовании в качестве усиливающего волокна стекловолокна, легированного оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную мат- рицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ва, Та, Zr, Bi, при этом резонатор рамановского лазера образован двумя волоконными брэг- говскими решётками, имеющими перпендикулярные лучу или наклонные штрихи и являющимися отражающими для излучения первой стоксовой компоненты рамановского ла- зера. 12. The laser according to claim 1, characterized in that the source of pumping radiation for the fiber laser is a Raman laser when glass fiber doped with germanium and phosphorus oxides, as well as their combination, is used as an amplifying fiber, and in the oxide matrix may include a compound of the chemical element Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Ta, Zr, Bi, while the Raman laser cavity is formed by two fiber Bragg gratings having perpendicular to the beam or inclined grooves and being reflective for radiation from the first Stokes component of a Raman laser.
13. Лазер по п. 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в колли- мированном пучке излучения в резонаторе лазера распо- ложен спектрально-селективный пропускающий элемент, такой как, например, интерферометр Фабри-Перо. 13. Laser according to claim 1, differing in that a spectral-selective transmitting element, such as, for example, a Fabry-Perot interferometer, is located in the collimated radiation beam in the laser cavity .
14. Лазер по п. 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в четы- рёхзеркальном высокодобротном резонаторе расположены два нелинейных оптических кристалла для разных типов нелинейного преобразования спектра излучения волокон- ного лазера. 14. Laser according to claim 1, differing in that a four-mirror high-Q resonator contains two nonlinear optical crystals for different types of nonlinear transformation of the radiation spectrum of a fiber laser.
15. Волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе, содер- жащий оптически связанные источник излучения накачки, волоконный линейный резонатор, включающий поддержи- вающее поляризацию излучения усиливающее волокно, волоконный модуль спектрального сведения для заведения излучения накачки в усиливающее волокно, спектрально- селективный отражающий элемент с одной стороны линей- ного резонатора, содержащий нелинейный оптический кри- сталл высокодобротный резонатор с другой стороны ли- нейного резонатора, расположенный между высокодоброт- ным резонатором и усиливающим волокном торец волокна, не отражающий излучение лазера назад в это волокно, расположенный между торцом волокна и высокодобротным резонатором фокусирующий элемент, фокусирующий вы- ходящее из торца волокна излучение в высокодобротный резонатор и согласующий моду линейного резонатора с модой высокодобротного резонатора, отличающийся тем, что в высокодобротном резонаторе расположен опти- ческий элемент, одна из двух плоских рабочих поверхно- стей которого, имеющих просветляющие покрытия, перпен- 15. Fiber laser with nonlinear frequency conversion of radiation in a high-quality resonator, containing an optically coupled source of pump radiation, a fiber linear resonator including an amplifying fiber that supports the polarization of the radiation, a fiber spectral convergence module for inserting pump radiation into the amplifying fiber, spectral-selective a reflective element on one side of the linear resonator containing a nonlinear optical crystal; a high-Q resonator on the other side of the linear resonator, located between the high-Q resonator and the amplifying fiber; a fiber end that does not reflect laser radiation back into this fiber; located between the end fiber and a high-Q resonator, a focusing element that focuses the radiation emerging from the end of the fiber into a high-Q resonator and matches the mode of the linear resonator with mode of a high-quality resonator, characterized in that the high-quality resonator contains an optical element, one of the two flat working surfaces of which, having antireflection coatings, is perpendicular to
5 дикулярна падающему пучку излучения и служит выходным зеркалом линейного резонатора волоконного лазера, между торцом волокна и фокусирующим элементом расположен коллимирующий оптический элемент, а между фокусирую- щим элементом и коллимирующим элементом расположен ю поляризатор с проходными для излучения лазера поверх- ностями, имеющими угол наклона к оси резонатора лазера не менее одного градуса. 5 is dicular to the incident beam of radiation and serves as the output mirror of the linear resonator of the fiber laser, between the end of the fiber and the focusing element there is a collimating optical element, and between the focusing element and the collimating element there is a polarizer with surfaces passing through for laser radiation, having an angle of inclination to the axis of the laser cavity is at least one degree.
16. Лазер по п.15, отличающи йся тем, что высоко- добротный резонатор выполнен в четырёхзеркальной кон- 16. Laser according to claim 15, characterized in that the high-quality resonator is made in a four-mirror cone
15 фигурации. 15 figurations.
17. Лазер по п.15, отличающийся тем, что оптиче- ский элемент установлен в высокодобротном резонаторе в перетяжке пучка излучения. 17. Laser according to claim 15, characterized in that the optical element is installed in a high-quality resonator in the waist of the radiation beam.
18. Лазер по п. 15, отл ич а ю щи й ся тем, что спек- 20 трально-селективным отражающим элементом является волоконная брэгговская решётка или объемная дифракци- онная решётка. 18. Laser according to claim 15, characterized in that the spectral-selective reflecting element is a fiber Bragg grating or a volumetric diffraction grating.
19. Лазер по п.15, отл ич а ющи й ся тем, что спек- трально-селективным отражающим элементом является 19. Laser according to claim 15, characterized in that the spectral-selective reflective element is
25 призма в сочетании с отражающим зеркалом или призма 25 prism combined with a reflecting mirror or prism
Литтрова с отражающим покрытием на поверхности, на ко- торую нормально падает пучок лазерного излучения после преломления на входной поверхности призмы. Littrov with a reflective coating on the surface onto which the laser radiation beam is normally incident after refraction at the entrance surface of the prism.
20. Лазер по п.15, отличающийся тем, что отраже- ние рабочих поверхностей оптического элемента составля- ет для излучения лазера не более 1%. 20. Laser according to claim 15, characterized in that the reflection of the working surfaces of the optical element is no more than 1% for laser radiation.
21. Лазер по п.15, отличающийся тем, что пропус- кание входного зеркала высокодобротного резонатора для излучения лазера имеет значение в диапазоне 1-5%. 21. Laser according to claim 15, characterized in that the transmission of the input mirror of the high-Q resonator for laser radiation is in the range of 1-5%.
22. Лазер по п.15, отл ичаю щи йся тем, что нели- нейным оптическим кристаллом является кристалл для уд- воения частот генерации или для параметрического или вынужденного комбинационного (рамановского) преобразо- вания частот генерации. 22. Laser according to claim 15, characterized in that the nonlinear optical crystal is a crystal for doubling generation frequencies or for parametric or forced Raman (Raman) conversion of generation frequencies.
23. Лазер по п.15, отл ичающийся тем, что в каче- стве усиливающего волокна может быть использовано как стеклянное оптическое волокно, так и стеклянное оптиче- ское волокно, допированное редкоземельными элементами или легированное оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi. 23. The laser according to claim 15, characterized in that both glass optical fiber and glass optical fiber doped with rare earth elements or doped with oxides of germanium, phosphorus, and their combinations can be used as an amplifying fiber, in this case, the oxide matrix may contain a compound of the chemical element Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Ta, Zr, Bi.
24. Лазер по п.15, отл ичающийся тем, что источ- ником излучения накачки волоконного лазера может слу- жить рамановский лазер при использовании в качестве усиливающего волокна стекловолокна, легированного окси- дами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химическо- го элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi, при этом резонатор рамановского лазера образован двумя во- локонными брэгговскими решётками, имеющими перпенди- кулярные лучу или наклонные штрихи и являющимися от- ражающими для излучения первой стоксовой компоненты рамановского лазера. 24. The laser according to claim 15, characterized in that the radiation source for pumping the fiber laser can be a Raman laser when glass fiber doped with germanium oxides, phosphorus, or their combination is used as an amplifying fiber, while in The oxide matrix may include a compound of the chemical element Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Ta, Zr, Bi, while the Raman laser cavity is formed by two fiber Bragg gratings having perpendicular - cular to the beam or oblique lines and reflecting the radiation of the first Stokes component of the Raman laser.
25. Лазер по п.15, отличающи йся тем, что в кол- лимированном пучке излучения в резонаторе лазера рас- положен спектрально-селективный пропускающий элемент, такой как, например, интерферометр Фабри-Перо. 25. Laser according to claim 15, characterized in that a spectral-selective transmitting element, such as, for example, a Fabry-Perot interferometer, is located in the collimated radiation beam in the laser cavity.
PCT/RU2014/000723 2013-12-30 2014-09-26 Fiber laser having nonlinear radiation frequency conversion in a high-q resonator (variants) WO2015102518A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013159337/28A RU2548388C1 (en) 2013-12-30 2013-12-30 Fibre laser with nonlinear radiation frequency conversion in high-q resonator (versions)
RU2013159337 2013-12-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015102518A1 true WO2015102518A1 (en) 2015-07-09

Family

ID=53289288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2014/000723 WO2015102518A1 (en) 2013-12-30 2014-09-26 Fiber laser having nonlinear radiation frequency conversion in a high-q resonator (variants)

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2548388C1 (en)
WO (1) WO2015102518A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111077134A (en) * 2020-02-11 2020-04-28 杭州谱育科技发展有限公司 Portable LIBS system with carbon measurement function and carbon element detection method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060198398A1 (en) * 2003-07-25 2006-09-07 Fermann Martin E Pulsed laser sources
RU2328064C2 (en) * 2006-06-02 2008-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "НовоЛазер" ООО "НовоЛазер" Fiber intracavity-doubled laser (variants)
US20080187010A1 (en) * 2005-04-28 2008-08-07 Eolite Systems Laser Device Triggered by a Photonic Fibre
WO2012101391A1 (en) * 2011-01-24 2012-08-02 University Of Southampton Optical fiber lasers
US20120262781A1 (en) * 2008-08-21 2012-10-18 Nlight Photonics Corporation Hybrid laser amplifier system including active taper

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060198398A1 (en) * 2003-07-25 2006-09-07 Fermann Martin E Pulsed laser sources
US20080187010A1 (en) * 2005-04-28 2008-08-07 Eolite Systems Laser Device Triggered by a Photonic Fibre
RU2328064C2 (en) * 2006-06-02 2008-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "НовоЛазер" ООО "НовоЛазер" Fiber intracavity-doubled laser (variants)
US20120262781A1 (en) * 2008-08-21 2012-10-18 Nlight Photonics Corporation Hybrid laser amplifier system including active taper
WO2012101391A1 (en) * 2011-01-24 2012-08-02 University Of Southampton Optical fiber lasers

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111077134A (en) * 2020-02-11 2020-04-28 杭州谱育科技发展有限公司 Portable LIBS system with carbon measurement function and carbon element detection method
CN111077134B (en) * 2020-02-11 2022-09-06 杭州谱育科技发展有限公司 Portable LIBS system with carbon measurement function and carbon element detection method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2548388C1 (en) 2015-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9627839B2 (en) Optical fiber lasers
US10326250B2 (en) Method for expanding tuning range of all-solid-state continuous-wave single frequency laser
US5651019A (en) Solid-state blue laser source
US8094368B2 (en) Optical parametric oscillator
US20170104308A1 (en) Solid-state laser device based on a twisted-mode cavity and a volume grating
US6327281B1 (en) Laser with harmonic cavity
US20070041409A1 (en) Injection locked high power laser systems
US20070116068A1 (en) System and components for generating single-longitudinal-mode nanosecond laser beam having a wavelength in the range from 760nm to 790nm
US9601894B2 (en) Fibre laser
US20090245294A1 (en) Fibre Laser with Intra-cavity Frequency Doubling
JP2020504333A (en) Single longitudinal mode ring Raman laser
JP2008511182A (en) Injection-locked high power laser system
RU2328064C2 (en) Fiber intracavity-doubled laser (variants)
CN102332676A (en) Mid-infrared fiber laser
WO2015102518A1 (en) Fiber laser having nonlinear radiation frequency conversion in a high-q resonator (variants)
CN112436369B (en) Method for purifying spectrum and improving stability of synchronous pumping optical parametric oscillator
US5241551A (en) High average power laser which generates radiation at a wavelength near 530 nm
US9008144B2 (en) Low noise optically pumped laser structures utilizing dispersion elements
EP1891717B1 (en) Frequency stabilized laser source
CN109742646B (en) A kind of device inhibiting the optical parametric oscillator relaxation oscillation of intracavity pump continuous wave
Couderc et al. Low repetition rate of a mode locked Nd: YAG laser using quadratic polarization switching
Rumpel et al. Resonant Waveguide Gratings enable advanced designs of laser resonators
US9170470B1 (en) Non-planer, image rotating optical parametric oscillator
US20230387648A1 (en) Uv laser systems, devices, and methods
CN217984056U (en) High-stability dual-wavelength output single-frequency Raman laser

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14877204

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14877204

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1