RU172347U1 - Оптическая система для генерации лазерных импульсов высокой спектральной плотности - Google Patents
Оптическая система для генерации лазерных импульсов высокой спектральной плотности Download PDFInfo
- Publication number
- RU172347U1 RU172347U1 RU2016128161U RU2016128161U RU172347U1 RU 172347 U1 RU172347 U1 RU 172347U1 RU 2016128161 U RU2016128161 U RU 2016128161U RU 2016128161 U RU2016128161 U RU 2016128161U RU 172347 U1 RU172347 U1 RU 172347U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulse
- fiber
- spectrum
- dispersion
- optical system
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- H01S3/07—Construction or shape of active medium consisting of a plurality of parts, e.g. segments
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к оптическим волоконным усилителям и генераторам лазерных импульсов. Оптическая система для генерации лазерных импульсов высокой спектральной плотности состоит из источника импульсов, источника накачки и активного волокна с нормальной дисперсией групповых скоростей, легированного ионами редкоземельных элементов. Устройство включает в себя систему генерации мощных параболических импульсов, соединенную с линейным дисперсионным элементом, обладающим аномальной дисперсией групповых скоростей, который, в свою очередь, связан с нелинейным волокном, обладающим нормальной дисперсией групповых скоростей. Технический результат заключается в уменьшении ширины спектра импульса без значительных потерь его энергии. 2 ил.
Description
Полезная модель относится к области оптики, в частности к технике оптических волоконных усилителей и генераторов лазерных импульсов.
Одной из основных проблем современной физики лазеров является генерация излучения с высокой спектральной плотностью, необходимого в целом ряде задач, например, при преобразовании частот при помощи нелинейных кристаллов - для генерации суммарных и разностных частот, параметрической генерации. Важно отметить, что в некоторых спектральных диапазонах излучение может быть получено только такими способами. Для достижения эффективной нелинейной конверсии необходимо добиться высокой интенсивности излучения в заданной области спектра. Стандартным решением является использование лазерных источников импульсов сверхкороткой длительности, у которых пиковая мощность импульса на порядки превосходит среднюю мощность источника. Недостатком данного способа является то, что импульсы сверхкороткой длительности обладают широким спектром, и в необходимом спектральном диапазоне оказывается сконцентрированной лишь небольшая часть энергии импульса. Для устранения указанного недостатка предлагается данная полезная модель.
Цель: повысить интенсивность излучения в заданном спектральном диапазоне.
Технический результат: уменьшить ширину спектра импульса без значительных потерь его энергии.
Технический результат достигается за счет использования эффекта нелинейной фазовой самомодуляции (ФСМ), сопровождающего распространение импульса в волоконном световоде и приводящего к компрессии спектра импульса с отрицательной частотной модуляцией (чирпом).
Известна система генерации параболических лазерных импульсов высокой энергии (Patent US 2004/0028326 A1, Fermann et al), состоящая из источника ультракоротких лазерных импульсов, системы накачки и активного волокна с нормальной дисперсией групповых скоростей (ДГС), легированного редкоземельными ионами, например Yb3+. На схеме предлагаемой оптической системы (Фиг. 1) известная система генерации параболических импульсов обведена штриховой линией.
Известно, что распространение ультракоротких импульсов в активном нелинейном оптическом волокне, описывается нелинейным уравнением Шредингера (НУШ) с усилением (Agrawal G., “Nonlinear fiber optics” (Springer, fourth edition, 2007, 530 p.):
Здесь А(z,τ) - медленно меняющаяся амплитуда импульса, D - ДГС активного волокна, - коэффициент керровской нелинейности волокна и g0 - коэффициент усиления по мощности.
Принцип действия известной системы основан на том, что огибающая ультракороткого лазерного импульса, усиливающегося в оптическом волокне с постоянным коэффициентом усиления и постоянной нормальной ДГС, асимптотически при стремится к параболическому виду, масштабирующемуся с ростом координаты импульса, при этом амплитуда и фаза асимптотического параболического решения не зависят от начальной формы импульса, а определяются только начальной энергией импульса и параметрами активного волокна
В этом случае принято говорить о самоподобном (симиляритонном) усилении импульса. Характерной чертой этого процесса является приобретение импульсом при постоянной скорости частотной модуляции
Энергия импульса растет экспоненциально с длиной усилителя , однако, ширина спектра усиливаемого симиляритонного импульса
также экспоненциально растет по длине усилителя, ( - начальная ширина спектра импульса). Из-за того что накачка обеспечивает усиление только в пределах ограниченной спектральной полосы , по мере распространения импульса эффективность усиления падает, так как спектральные компоненты импульса, близкие к границам спектральной полосы усиления, усиливаются в значительно меньшей степени чем компоненты в середине спектра. Таким образом, длина используемого активного волокна ограничена некоторой предельной величиной , определяемой из соотношения
Выход системы генерации параболических импульсов связан с линейным дисперсионным элементом с аномальной ДГС (см. Фиг. 1). Используя такой элемент, например, пару дифракционных решеток можно придать импульсу частотную модуляцию (чирп) противоположного знака, при этом форма огибающей импульса сохранится
Полученный линейно частотно-модулированный импульс с отрицательным чирпом инжектируется в нелинейное волокно с ДГС и нелинейностью (Фиг. 1). При распространении в волокне положительный чирп, набираемый за счет нелинейной ФСМ, компенсирует первоначальный отрицательный чирп, в результате спектр импульса сжимается. Качество компрессии спектра зависит от формы импульса и наилучшим образом осуществляется для импульсов с параболической огибающей. Именно поэтому в качестве источника предлагается использовать генератор параболических импульсов. Действительно, в бездисперсионном случае на некоторой дистанции , частотная модуляция может быть полностью скомпенсирована
при этом достигается минимальная ширина спектра. Оценка влияния ДГС приведена на Фиг 2. Показаны эволюция ширины спектра (a) и длительности (b) параболического импульса с начальной длительностью пс и начальным чирпом при распространении в световоде с параметром нелинейности и различными значениями ДГС. Сравниваются также эволюция ширины спектра (c) и длительности (d) параболических импульсов равной энергии с равной начальной шириной спектра и различными начальными длительностями при распространении в волокне с параметром нелинейности и ДГС . Сплошные линии - результаты вариационных расчетов. Кружками обозначены результаты прямого численного моделирования.
Как можно видеть, на длине волокна порядка нескольких десятков метров ширина спектра исходного импульса уменьшается более чем на порядок. С учетом того, что поглощение на такой длине распространения не превосходит 1%, можно утверждать, что спектральная плотность энергии импульса возрастает в десятки раз. При этом наиболее быстрая компрессия спектра происходит в нелинейном волокне с нормальной ДГС . При длине распространения менее 100 м в таких волокнах можно пренебречь вкладом дисперсий высших (третьего и более) порядков, искажающих итоговый спектр и форму огибающей импульса. Таким образом, можно сделать вывод о том, что для нелинейной компрессии спектра наиболее подходящими являются волокна с нормальной ДГС. Анализ также показывает, что в процессе спектральной компрессии в нелинейном волокне с нормальной ДГС длительность импульса уменьшается не более чем в несколько раз (2-3 раза) - т.е. пиковая мощность импульса возрастает также не более чем в 2-3 раза. Это повышение не является критичным для элементов нелинейно-оптической системы, используемой для конверсии частот, и не приведет к ухудшению ее характеристик. Вместе с тем повышение спектральной плотности излучения в десятки раз на порядок увеличит эффективность процесса нелинейной конверсии.
В результате можно видеть, что предлагаемая полезная модель благодаря достижению технического результата - сужению спектра импульса обеспечивает выполнение поставленной цели.
Claims (1)
- Оптическая система для генерации лазерных импульсов высокой спектральной плотности, включающая в себя систему генерации мощных параболических импульсов, состоящую из источника импульсов, источника накачки и активного волокна с нормальной дисперсией групповых скоростей, легированного ионами редкоземельных элементов, отличающаяся тем, что выход системы генерации мощных параболических импульсов соединен с линейным дисперсионным элементом, обладающим аномальной дисперсией групповых скоростей, который, в свою очередь, связан с нелинейным волокном, обладающим нормальной дисперсией групповых скоростей.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016128161U RU172347U1 (ru) | 2016-07-11 | 2016-07-11 | Оптическая система для генерации лазерных импульсов высокой спектральной плотности |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016128161U RU172347U1 (ru) | 2016-07-11 | 2016-07-11 | Оптическая система для генерации лазерных импульсов высокой спектральной плотности |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU172347U1 true RU172347U1 (ru) | 2017-07-04 |
Family
ID=59310100
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016128161U RU172347U1 (ru) | 2016-07-11 | 2016-07-11 | Оптическая система для генерации лазерных импульсов высокой спектральной плотности |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU172347U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU210531U1 (ru) * | 2021-11-30 | 2022-04-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный университет" | Оптическая система для генерации лазерных импульсов высокой спектральной плотности |
RU2800194C1 (ru) * | 2022-12-14 | 2023-07-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" | Способ формирования пачек импульсов в оптическом усилителе с импульсной накачкой |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011146407A2 (en) * | 2010-05-16 | 2011-11-24 | Fianium, Inc. | Tunable pulse width laser |
RU120285U1 (ru) * | 2012-03-01 | 2012-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный университет" | Оптоволоконная система для усиления пикосекундных лазерных импульсов |
WO2013120113A1 (en) * | 2012-02-10 | 2013-08-15 | Cornell University | Broadband short pulse fiber lasers capable of generating output spectra broader than gain bandwidth |
RU137427U1 (ru) * | 2013-09-16 | 2014-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный университет" | Лазер с модулятором на основе волокна с уменьшающейся нормальной дисперсией |
-
2016
- 2016-07-11 RU RU2016128161U patent/RU172347U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011146407A2 (en) * | 2010-05-16 | 2011-11-24 | Fianium, Inc. | Tunable pulse width laser |
WO2013120113A1 (en) * | 2012-02-10 | 2013-08-15 | Cornell University | Broadband short pulse fiber lasers capable of generating output spectra broader than gain bandwidth |
RU120285U1 (ru) * | 2012-03-01 | 2012-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный университет" | Оптоволоконная система для усиления пикосекундных лазерных импульсов |
RU137427U1 (ru) * | 2013-09-16 | 2014-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный университет" | Лазер с модулятором на основе волокна с уменьшающейся нормальной дисперсией |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU210531U1 (ru) * | 2021-11-30 | 2022-04-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный университет" | Оптическая система для генерации лазерных импульсов высокой спектральной плотности |
RU2800194C1 (ru) * | 2022-12-14 | 2023-07-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" | Способ формирования пачек импульсов в оптическом усилителе с импульсной накачкой |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fermann et al. | Self-similar propagation and amplification of parabolic pulses in optical fibers | |
Martinez | Design of high-power ultrashort pulse amplifiers by expansion and recompression | |
Peñano et al. | Stimulated Raman scattering of intense laser pulses in air | |
Jullien et al. | High-fidelity front-end for high-power, high temporal quality few-cycle lasers | |
CN110806670A (zh) | 一种基于腔内泵浦方式产生时域腔孤子和孤子频率梳的方法 | |
RU172347U1 (ru) | Оптическая система для генерации лазерных импульсов высокой спектральной плотности | |
Zolotovskii et al. | Amplification of frequency-modulated soliton-like pulses in inhomogeneous optical waveguides with normal dispersion | |
RU120285U1 (ru) | Оптоволоконная система для усиления пикосекундных лазерных импульсов | |
CN108957904B (zh) | 一种产生可传输高功率脉冲串的方法 | |
CN112152066B (zh) | 激光脉冲能量放大装置、方法及飞秒激光器 | |
CN112688154A (zh) | 基于Peregrine孤子产生高质量脉冲串的装置和方法 | |
RU210531U1 (ru) | Оптическая система для генерации лазерных импульсов высокой спектральной плотности | |
Maram et al. | Noise-eating amplifier for repetitive signals | |
Andreev et al. | Generation of ultrabroadband terahertz radiation under optical breakdown of air by two femtosecond pulses of different frequencies | |
Finot et al. | Real time measurement of long parabolic optical similaritons | |
Cortés et al. | Noiseless spectral amplification of optical frequency combs | |
Wu et al. | Spectrum broadening suppression for kW-class narrow linewidth FBG-based fiber laser | |
Zolotovskii et al. | Amplification of chirped pulses in inhomogeneous three-level active optical fibers | |
Hanna et al. | A high power, short pulse stimulated Raman source at 1.54 μm | |
CN106249504A (zh) | 一种具有滤波作用的激光脉冲重复频率扩展器 | |
Zolotovskii et al. | Generation of a sequence of frequency-modulated pulses in longitudinally inhomogeneous optical waveguides | |
Li et al. | Dynamical evolution of cascaded four-wave mixing processes in an optical fiber | |
Wang et al. | Octave-spanning frequency comb generation based on a dual-mode square microlaser and a Brillouin fiber loop | |
Zeytunyan et al. | Applications of similariton in ultrafast optics: spectral interferometry and spectrotemporal imaging | |
RU120286U1 (ru) | Система для генерации мощных субпикосекундных лазерных импульсов |