RU2351046C2 - Luminescent optical source with crested spectrum - Google Patents

Luminescent optical source with crested spectrum Download PDF

Info

Publication number
RU2351046C2
RU2351046C2 RU2007111889/28A RU2007111889A RU2351046C2 RU 2351046 C2 RU2351046 C2 RU 2351046C2 RU 2007111889/28 A RU2007111889/28 A RU 2007111889/28A RU 2007111889 A RU2007111889 A RU 2007111889A RU 2351046 C2 RU2351046 C2 RU 2351046C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
luminescent
optical
spectrum
plane
fabry
Prior art date
Application number
RU2007111889/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007111889A (en
Inventor
Александр Васильевич Дмитрюк (RU)
Александр Васильевич Дмитрюк
нов Владимир Алексеевич Савость (RU)
Владимир Алексеевич Савостьянов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ФГУП "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ФГУП "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ФГУП "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова")
Priority to RU2007111889/28A priority Critical patent/RU2351046C2/en
Priority to PCT/RU2008/000084 priority patent/WO2008115094A1/en
Publication of RU2007111889A publication Critical patent/RU2007111889A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2351046C2 publication Critical patent/RU2351046C2/en

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
    • H01S3/0627—Construction or shape of active medium the resonator being monolithic, e.g. microlaser
    • 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
    • H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
    • H01S3/0604—Crystal lasers or glass lasers in the form of a plate or disc
    • 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
    • H01S3/0619—Coatings, e.g. AR, HR, passivation layer
    • H01S3/0625—Coatings on surfaces other than the end-faces
    • 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
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1608—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth erbium
    • 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
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1618—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth ytterbium
    • 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
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/17—Solid materials amorphous, e.g. glass
    • H01S3/175—Solid materials amorphous, e.g. glass phosphate glass

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: physics, optics.
SUBSTANCE: proposed luminescent optical source with a crested spectrum is meant for use in photonics as a compact optical source with a crested spectrum in the wavelength range of 1500-1600 nm to create the effect of spectral compaction in fibre-optical communication systems. Luminescent source of an optical source with a crested spectrum comprises a pump source placed on one optical axis, optical amplifier in the form of a solid active element, placed inside a Fabry-Perot resonator. The active element is a parallel-plane luminescent lamel, made from laser glass, where the optical axis of the pump source is perpendicular to the plane of the Fabry-Perot resonator. Mirrors of the Fabry-Perot resonator can be placed directly on the plane of the parallel-plane luminescent lamel. Highly concentrated phosphate laser glass is used as the active laser substance, activated with ytterbium and erbium.
EFFECT: obtaining radiation with a crested spectrum, super-luminescence.
6 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к твердотельным люминесцентным источникам оптического излучения и предназначено для использования в фотонике в качестве компактного источника оптического излучения с гребенчатым спектром в диапазоне длин волн 1500-1600 нм в качестве устройства для спектрального уплотнения в волоконно-оптических коммуникационных системах.The invention relates to solid-state luminescent optical radiation sources and is intended for use in photonics as a compact optical radiation source with a comb spectrum in the wavelength range of 1500-1600 nm as a device for spectral compaction in fiber-optic communication systems.

Известно, что для осуществления спектрального уплотнения необходимо использование источника оптического излучения с гребенчатым спектром, описываемым следующей формулой:It is known that for the implementation of spectral densification, it is necessary to use an optical radiation source with a comb spectrum described by the following formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где S(f) - амплитуда сигнала на частоте f, Ak - амплитуда k-той компоненты спектра, δ - дельта функция, Ω - частота модуляции, K, k - целые числа.where S (f) is the amplitude of the signal at the frequency f, A k is the amplitude of the k-th component of the spectrum, δ is the delta function, Ω is the modulation frequency, K, k are integers.

Из уровня техники известно несколько конструкций источников оптического излучения с гребенчатым спектром.The prior art several designs of optical radiation sources with a comb spectrum.

В статье T.Kawanishi, T.Sakamoto, S.Shinada, M.Izutsu "Optical Frequency Comb Generator Using Opical Fiber Loops With Single-Sideband Modulation" (IEICE Electronic Express 2004, v.1, n.8, p.217-221) описан источник оптического излучения с гребенчатым спектром, в котором изменение длины волны достигалось с использованием модулятора боковой полосы сигнала, состоящего из четырех оптических фазовых модуляторов, сдвиг частоты которых в точности равнялся сдвигу частоты радиочастотного сигнала, подаваемого на модулятор. Устройство состоит из оптического модулятора боковой полосы сигнала, включающего электрооптические модуляторы на ниобате лития с высокоскоростными электродами бегущей волны, и волоконно-оптического контура, включающего оптический усилитель для компенсации потерь при преобразовании сигнала в модуляторе. Контур имеет вход и выход, выполненные в виде оптического соединителя или брэгговской решетки. В диапазоне 1550-1560 нм был получен гребенчатый спектр с расстоянием между соседними максимумами 0.08 нм. Недостатком устройства является его сложность, необходимость подавать на модулятор боковой полосы электрический сигнал с частотой порядка 10 ГГц и невозможность достигнуть компактности вследствие использования волоконно-оптического контура.In the article by T. Kawanishi, T.Sakamoto, S.Shinada, M.Izutsu "Optical Frequency Comb Generator Using Opical Fiber Loops With Single-Sideband Modulation" (IEICE Electronic Express 2004, v.1, n.8, p.217- 221) a comb-spectrum optical radiation source is described in which a wavelength change is achieved using a sideband signal modulator consisting of four optical phase modulators whose frequency shift is exactly equal to the frequency shift of the radio frequency signal supplied to the modulator. The device consists of an optical modulator of the sideband of the signal, including electro-optical modulators based on lithium niobate with high-speed traveling wave electrodes, and a fiber-optic circuit, including an optical amplifier to compensate for losses during signal conversion in the modulator. The circuit has an input and an output made in the form of an optical connector or a Bragg grating. In the range of 1550–1560 nm, a ridge spectrum was obtained with a distance between neighboring maxima of 0.08 nm. The disadvantage of this device is its complexity, the need to apply an electrical signal with a frequency of the order of 10 GHz to the sideband modulator and the inability to achieve compactness due to the use of a fiber-optic circuit.

В патенте США № 9967981, опубликованном 27.06.2006 по кл. США 398/183 и 398/186, описан мультиволновой коммуникационный прибор, предназначенный для использования с источником света, дающим пучок света на длине волны λ. Прибор включает, по меньшей мере, один оптический модулятор, предназначенный для превращения светового пучка в модулированный световой сигнал, который состоит, по меньшей мере, из двух дополнительных спектральных компонентов, один - на длине волны λ+Δλ, а другой - на длине волны λ-Δλ. Прибор включает устройство для оптического расщепления, предназначенного для соединения, по меньшей мере, с одним оптическим модулятором, для расщепления модулированного оптического сигнала, по меньшей мере, на два подобных модулированных световых сигнала и для обеспечения выхода наружу одного из, по меньшей мере, двух дополнительных спектральных компонент.In US patent No. 9967981, published on 06/27/2006 by CL. US 398/183 and 398/186, describes a multi-wave communication device designed for use with a light source giving a beam of light at a wavelength of λ. The device includes at least one optical modulator designed to convert a light beam into a modulated light signal, which consists of at least two additional spectral components, one at a wavelength of λ + Δλ, and the other at a wavelength of λ -Δλ. The device includes an optical splitting device for connecting with at least one optical modulator, for splitting the modulated optical signal into at least two such modulated light signals and for allowing one of the at least two additional spectral components.

В патенте США № 5663822, опубликованном 02.09.1997 по кл. МПК Н04В 10/00, описан оптический генератор гребенчатого спектра, использующий источник оптического белого шума. Оптический генератор гребенчатого спектра генерирует излучение в широком диапазоне длин волн с использованием генератора белого шума. Резонатор Фабри-Перо фильтрует излучение по длинам волн с образованием спектра, характеризующегося эквидистантными линиями на резонансных длинах волн λ1, λ2…λn. Генератор гребенчатого спектра запирается на определенной длине волны при сравнении каждой несущей или средней по несущим с оптическим эталоном. Генерируемый сигнал ошибки поступает обратно на генератор гребенчатого спектра. Резонансы расщепляются на М каналов посредством расщепителя. Каждый канал модулируется в цифровом модуляторе. Каналы суммируются как оптический сигнал и усиливаются для обеспечения надлежащего уровня мощностей до подачи в оптическое волокно.In US patent No. 5663822, published 02.09.1997 by CL. IPC Н04В 10/00, an optical comb spectrum generator using an optical white noise source is described. An optical comb spectrum generator generates radiation over a wide wavelength range using a white noise generator. The Fabry-Perot resonator filters the radiation according to wavelengths with the formation of a spectrum characterized by equidistant lines at resonant wavelengths λ 1 , λ 2 ... λ n . The comb-spectrum generator is locked at a specific wavelength when comparing each carrier or average in carriers with an optical standard. The generated error signal is fed back to the comb spectrum generator. Resonances are split into M channels by means of a splitter. Each channel is modulated in a digital modulator. Channels are summarized as an optical signal and amplified to provide the proper level of power before being fed into the optical fiber.

В патенте США № 4953166, опубликованном 28.08.1990 по кл. МПК H01S 3/0941, H01S 3/109 и др., описан микрочип-лазер, в котором усиливающая среда располагается между двумя зеркалами, образующими резонатор. Длина резонатора выбирается таким образом, чтобы ширина полосы усиления усиливающей среды была меньше или равной расстоянию между частотами мод резонатора, так что частота моды резонатора падает в пределах полосы усиления. Нелинейный оптический материал располагается внутри либо вне резонатора для генерации новых лазерных длин волн. В другом случае микрочип-лазер может быть настроен, например, термически или путем приложения продольного или попереченого напряжения на частоте резонатора. Лазер оптически накачивается соответсвующим источником, таким как полупроводниковый инжекционный лазер или лазерной линейкой. Подходящие усиливающие среды включают Nd:YAG, Nd:GSGG и пентафосфат неодима, а соответствующие нелинейные оптические материалы включают MgO:LiNbOs и КТР.In US patent No. 4953166, published 08/28/1990 by CL. IPC H01S 3/0941, H01S 3/109, etc., describes a microchip laser in which an amplifying medium is located between two mirrors forming a resonator. The resonator length is selected so that the gain bandwidth of the amplifying medium is less than or equal to the distance between the resonator mode frequencies, so that the resonator mode frequency falls within the gain band. Nonlinear optical material is located inside or outside the resonator to generate new laser wavelengths. In another case, the microchip laser can be tuned, for example, thermally or by applying a longitudinal or transverse voltage at the resonator frequency. The laser is optically pumped by an appropriate source, such as a semiconductor injection laser or a laser ruler. Suitable amplification media include Nd: YAG, Nd: GSGG and neodymium pentaphosphate, and corresponding non-linear optical materials include MgO: LiNbOs and KTP.

Общей чертой всех аналогов является сложность и высокая стоимость устройств, требующих прецизионной сборки компонентов, и невозможность достижения компактности устройства.A common feature of all analogues is the complexity and high cost of devices that require precision assembly of components, and the inability to achieve a compact device.

Наиболее близким по конструкции является микрочип лазер по патенту США № 4953166, выбранный за прототип. Недостатком микрочип-лазера является невозможность получения гребенчатого спектра ввиду выбранного соотношения ширины полосы усиления усиливающей среды и расстояния между частотами мод резонатора, а также использование дорогостоящих оптических элементов, изготовленных из лазерных и нелинейных кристаллов.The closest in design is the microchip laser according to US patent No. 4953166, selected for the prototype. The disadvantage of a microchip laser is the inability to obtain a comb spectrum due to the selected ratio of the gain bandwidth of the amplifying medium and the distance between the frequencies of the cavity modes, as well as the use of expensive optical elements made of laser and nonlinear crystals.

Задача изобретения заключается в создании простого по конструкции, компактного, недорогого в производстве источника оптического излучения с гребенчатым спектром. В отличие от прототипа, устройство позволяет получать излучение с гребенчатым спектром за счет использования обнаруженного эффекта - вынужденной люминесценции редкоземельных ионов в матрице стекла, модулированной резонатором Фабри-Перо. Такое решение позволяет использовать более дешевый, чем лазерные кристаллы, материал - стекло, активированное редкоземельными ионами.The objective of the invention is to create a simple in design, compact, inexpensive to manufacture a source of optical radiation with a comb spectrum. Unlike the prototype, the device allows to obtain radiation with a comb spectrum due to the use of the detected effect - stimulated luminescence of rare-earth ions in a glass matrix modulated by a Fabry-Perot resonator. This solution allows you to use cheaper than laser crystals, material - glass, activated by rare-earth ions.

Новое конструктивное решение поставленной задачи представляет собой люминесцентный источник оптического излучения с гребенчатым спектром, который включает расположенные по одной оптической оси источник накачки, оптический усилитель в виде твердотельного активного элемента, расположенного внутри резонатора Фабри-Перо, в котором активный элемент представляет собой плоскопараллельную люминесцирующую пластину, выполненную из лазерного стекла, причем оптическая ось излучения источника накачки перпендикулярна плоскости резонатора Фабри-Перо.A new constructive solution to the problem posed is a luminescent optical radiation source with a comb spectrum, which includes a pump source located on the same optical axis, an optical amplifier in the form of a solid-state active element located inside the Fabry-Perot resonator, in which the active element is a plane-parallel luminescent plate, made of laser glass, and the optical axis of the radiation of the pump source is perpendicular to the plane of the resonator Brie-Pen.

В отличие от прототипа ширина полосы усиления усиливающей среды существенно превышает расстояние между частотами мод резонатора Фабри-Перо, поэтому число мод вынужденного излучения, выходящих из резонатора, может быть велико - 100÷200 в случае активной среды на основе стекол, активированных ионами редкоземельных элементов, т.к. число мод определяется отношением ширины полосы усиления к расстоянию между частотами интерферометра Фабри-Перо.In contrast to the prototype, the gain bandwidth of the amplifying medium significantly exceeds the distance between the frequencies of the modes of the Fabry-Perot resonator, therefore, the number of stimulated emission modes emerging from the resonator can be large - 100 ÷ 200 in the case of an active medium based on glasses activated by rare-earth ions, because the number of modes is determined by the ratio of the gain bandwidth to the distance between the frequencies of the Fabry-Perot interferometer.

Отражающие элементы резонатора Фабри-Перо, представляющие собой зеркала, могут быть нанесены непосредственно на плоскости люминесцирующей пластины, что обеспечивает компактность устройства и упрощает его юстировку. Накачка осуществляется источником с мощностью, обеспечивающей режим усиления, но не превышающей порог генерации. При высоких уровнях возбуждения люминесценции первичный квант люминесценции инициирует испускание кванта на той же частоте. Этот эффект носит название суперлюминесценции.The reflecting elements of the Fabry-Perot resonator, which are mirrors, can be applied directly to the plane of the luminescent plate, which ensures the compactness of the device and simplifies its adjustment. The pump is pumped by a source with a power providing a gain mode, but not exceeding the generation threshold. At high levels of luminescence excitation, the primary luminescence quantum initiates the emission of a quantum at the same frequency. This effect is called superluminescence.

Очевидно, что спектр излучения суперлюминесценции совпадает со спектром усиления среды. Излучение суперлюминесценции, в отличие от обычной люминесценции, является вынужденным, длина когерентности которого превышает длину резонатора. Поэтому на частотах, соответствующих частотам собственных мод резонатора Фабри-Перо, наблюдается интерференция излучения суперлюминесценции. В результате этого спектр суперлюминесценции усиливающей среды, помещенный в резонатор Фабри-Перо, оказывается промодулированнымObviously, the emission spectrum of superluminescence coincides with the gain spectrum of the medium. Superluminescence radiation, in contrast to ordinary luminescence, is stimulated, whose coherence length exceeds the cavity length. Therefore, at frequencies corresponding to the frequencies of the eigenmodes of the Fabry-Perot resonator, interference of superluminescence radiation is observed. As a result, the superluminescence spectrum of the amplifying medium, placed in the Fabry-Perot resonator, is modulated

В качестве люминесцирующей среды целесообразно использовать лазерные стекла, активированные Er, Yb, Nd, Tm, Cr, Yb/Er, Nd/Yb. Толщина плоскопараллельной люминесцирующей пластины выбирается в пределах 0,2-5,0 мм, что обеспечивает расстояние между соседними максимумами гребенчатого спектра от 400 до 16 ГГц. При указанных толщинах резонатора представляется целесообразным в качестве усиливающей среды использовать фосфатные стекла с высокой концентрацией редкоземельных элементов (10-30 мас.%), что обеспечит эффективное использование излучения накачки.It is advisable to use laser glasses activated by Er, Yb, Nd, Tm, Cr, Yb / Er, Nd / Yb as a luminescent medium. The thickness of the plane-parallel luminescent plate is selected within 0.2-5.0 mm, which provides a distance between adjacent maxima of the comb spectrum from 400 to 16 GHz. At the indicated cavity thicknesses, it seems appropriate to use phosphate glasses with a high concentration of rare-earth elements (10-30 wt.%) As an amplifying medium, which will ensure the efficient use of pump radiation.

На Фиг.1 представлена функциональная схема устройства для наблюдения гребенчатого спектра, где 1 - люминесцентный источник оптического излучения с гребенчатым спектром, в котором 2 - источник накачки в виде полупроводникового лазера, 3 - фокусирующая линза и 4 - оптический усилитель, включающий активный элемент в виде плоскопараллельной стеклянной пластины 5, помещенной внутри резонатора Фабри-Перо, зеркала 6 и 7 которого нанесены на плоскости пластины 5; 8 и 9 - апертурные диафрагмы, 10 - светофильтр, отсекающий излучение накачки, 11 - волоконно-оптический кабель, 12 - монохроматор, 13 - фотоприемник, 14 - регистрирующее устройство.Figure 1 presents a functional diagram of a device for observing a comb spectrum, where 1 is a luminescent optical radiation source with a comb spectrum, in which 2 is a pump source in the form of a semiconductor laser, 3 is a focusing lens and 4 is an optical amplifier including an active element in the form a plane-parallel glass plate 5 placed inside the Fabry-Perot resonator, mirrors 6 and 7 of which are deposited on the plane of the plate 5; 8 and 9 — aperture diaphragms, 10 — a light filter that cuts off pump radiation, 11 — a fiber optic cable, 12 — a monochromator, 13 — a photodetector, 14 — a recording device.

На Фиг.2 изображен оптический усилитель 4, представляющий собой плоскопараллельную пластину 5 в форме диска, изготовленного из лазерного стекла, с нанесенными на его плоскопараллельные поверхности диэлектрическими покрытиями - зеркалами 6 и 7, отражающими излучение накачки и прозрачными на длине волны генерации.Figure 2 shows the optical amplifier 4, which is a plane-parallel plate 5 in the form of a disk made of laser glass, with dielectric coatings deposited on its plane-parallel surfaces - mirrors 6 and 7, which reflect pump radiation and are transparent at the generation wavelength.

На Фиг.3 представлен спектр люминесценции фосфатного стекла, активированного иттербием и эрбием, которое является наиболее подходящим материалом для изготовления люминесцирующей пластины.Figure 3 presents the luminescence spectrum of phosphate glass activated by ytterbium and erbium, which is the most suitable material for the manufacture of a luminescent plate.

Использование этой пластины толщиной 1,0 мм показало возможность получения гребенчатого спектра благодаря модуляции спектра люминесценции эрбия частотой Ω=80 ГГц.The use of this plate with a thickness of 1.0 mm showed the possibility of obtaining a comb spectrum due to modulation of the luminescence spectrum of erbium with a frequency of Ω = 80 GHz.

Промодулированный спектр представлен на Фиг.4. Частота 80 ГГц соответствует разности длин волн Δλ=0,75 нм между соседними максимумами с длинами волн λm+1 и λm в гребенчатом спектре люминесценции, представленном на Фиг.5. При регистрации люминесценции в направлении, перпендикулярном оси интерферометра Фабри-Перо, этот эффект не наблюдается.The modulated spectrum is shown in FIG. 4. The frequency of 80 GHz corresponds to the difference in wavelengths Δλ = 0.75 nm between adjacent maxima with wavelengths λ m + 1 and λ m in the comb luminescence spectrum shown in FIG. When registering luminescence in the direction perpendicular to the axis of the Fabry-Perot interferometer, this effect is not observed.

Частоты собственных мод резонатора Фабри-Перо, νm, при которых пропускание резонатора достигает максимума:The frequencies of the eigenmodes of the Fabry-Perot resonator, ν m , at which the transmission of the resonator reaches a maximum:

Figure 00000002
Figure 00000002

где νm=1/λm, m=1, 2, 3… L - толщина резонатора, n - показатель преломления.where ν m = 1 / λ m , m = 1, 2, 3 ... L is the thickness of the resonator, n is the refractive index.

Подстановка в (2) экспериментальных значений L=1,0 мм, n=1,54, λ=1,535 нм, дает Δλcalc=0,75 нм, что совпадает с экспериментальным значением, полученным из спектров люминесценции. Следовательно, экспериментально получена модуляция спектра люминесценции эрбия спектром пропускания резонатора Фабри-Перо.Substituting in (2) the experimental values L = 1.0 mm, n = 1.54, λ = 1.535 nm, gives Δλ calc = 0.75 nm, which coincides with the experimental value obtained from the luminescence spectra. Consequently, modulation of the erbium luminescence spectrum by the transmission spectrum of the Fabry-Perot resonator was experimentally obtained.

Полученный эффект - это вынужденное излучение, длина когерентности которого превышает длину резонатора Фабри-Перо, а спектр совпадает или близок к спектру люминесценции эрбия, т.е. суперлюминесценция, достижимая при высоких уровнях возбуждения люминесценции, когда первичный квант люминесценции инициирует испускание другого кванта на той же частоте.The effect obtained is stimulated emission, the coherence length of which exceeds the length of the Fabry-Perot resonator, and the spectrum coincides or is close to the luminescence spectrum of erbium, i.e. superluminescence achievable at high levels of luminescence excitation, when the primary luminescence quantum initiates the emission of another quantum at the same frequency.

Независимым подтверждением того, что промодулированная часть излучения, выходящего из люминесцирующей пластины, есть суперлюминесценция эрбия, является обнаруженная экспоненциальная зависимость интенсивности этого излучения от интенсивности излучения накачки.An independent confirmation that the modulated part of the radiation emerging from the luminescent plate is superluminescence of erbium is the detected exponential dependence of the intensity of this radiation on the intensity of the pump radiation.

Основными преимуществами предложенного люминесцентного источника света с гребенчатым спектром перед известными техническими решениями являются: сверхмалые размеры активной среды (менее 1 мм3), простота конструкции (плоскопараллельная пластина с нанесенными на ее поверхности зеркалами), возможность организации одновременного производства большого количества микрочипов (из пластины диаметром 30 мм можно изготовить до 200 микрочипов одинакового качества).The main advantages of the proposed luminescent light source with a comb spectrum over known technical solutions are: ultra-small dimensions of the active medium (less than 1 mm 3 ), simplicity of design (plane-parallel plate with mirrors deposited on its surface), the possibility of organizing the simultaneous production of a large number of microchips (from a plate with a diameter 30 mm can produce up to 200 microchips of the same quality).

Конкретный пример реализации.Concrete implementation example.

В качестве активного элемента 5 - усиливающей среды использовалось лазерное фосфатное стекло, содержащее 6,5 мол.% Yb2О3 и 0,5 мол % Er2O3. Из стекла была изготовлена плоскопараллельная пластина диаметром 30 мм и толщиной 1 мм. Плоскопареллельность пластины была не хуже 15''. На полированные плоскости диска были нанесены многослойные диэлектрические зеркала 7 с коэффициентами отражения 99,9 и 97% на длине волны 1535 нм, прозрачные на длине волны возбуждающего света 965 нм. Для возбуждения люминесценции использовался источник накачки 2 - полупроводниковый лазер с размерами светящегося тела 1×100 мкм, выходной мощностью до 1 Вт на длине волны генерации 965 нм. Излучение полупроводникового лазера с помощью системы линз фокусировалось на входную поверхность плоскопараллельной пластины в пятно диаметром 100 мкм. Регистрация излучения, выводящегося с выходной поверхности пластины 5, осуществлялась по направлению, совпадающему с направлением возбуждающего излучения. Регистрируемое излучение проходило через две апертурные диафрагмы 8 и 9, обеспечивающего регистрацию сигнала с угловой апертурой 1'. Для предотвращения попадания на фотоприемник 13 рассеянного света источника накачки 2 перед апертурной диафрагмой 9 помещался обрезающий светофильтр 10 из стекла ИКС-5 толщиной 1 см. Регистрируемое излучение, прошедшее через диафрагмы 8 и 9, попадало на входную апертуру волоконно-оптического кабеля 11 диаметром 1 мм и длиной 1 м, изготовленного из кварцевого стекла. С помощью оптического кабеля 11 излучение передавалось на входную щель монохроматора 12. В качестве фотоприемника 13 излучения использовался фотодиод, помещенный на выходную щель монохроматора 12. На экране монитора - регистрирующего устройства 14 отражались полученные гребенчатые спектры излучения люминесцентного источника света (см. Фиг.5). Максимальное спектральное разрешение установки составляло 0,1 нм. Контрольные эксперименты показали, что такое разрешение достаточно для регистрации тонкой структуры спектров и измерения глубины модуляции, однако недостаточно для измерения полуширины линий тонкой структуры, которая составляет менее 0,2 нм. Глубина модуляции спектров на заданной длине волны М(λk) определялась с помощью уравнения (3):Laser phosphate glass containing 6.5 mol% Yb 2 O 3 and 0.5 mol% Er 2 O 3 was used as the active element of the 5 amplifying medium. A plane-parallel plate with a diameter of 30 mm and a thickness of 1 mm was made of glass. The plate flatness was no worse than 15 ''. Multilayer dielectric mirrors 7 with reflection coefficients of 99.9 and 97% at a wavelength of 1535 nm, transparent at a wavelength of exciting light of 965 nm, were deposited on the polished planes of the disk. To excite luminescence, we used a pump source 2 — a semiconductor laser with a luminous body 1 × 100 μm in size, with an output power of up to 1 W at a generation wavelength of 965 nm. The radiation of a semiconductor laser using a lens system was focused on the input surface of a plane-parallel plate into a spot with a diameter of 100 μm. Registration of radiation output from the output surface of the plate 5 was carried out in the direction coinciding with the direction of the exciting radiation. The recorded radiation passed through two aperture diaphragms 8 and 9, which ensures the registration of the signal with an angular aperture of 1 '. To prevent the scattered light pump source 2 from reaching the photodetector 13, a cut-off filter 10 made of IKS-5 glass 1 cm thick was placed in front of the aperture diaphragm 9. The recorded radiation transmitted through the apertures 8 and 9 fell on the input aperture of a fiber-optic cable 11 with a diameter of 1 mm and a length of 1 m made of quartz glass. Using an optical cable 11, the radiation was transmitted to the input slit of the monochromator 12. As a radiation photodetector 13, a photodiode was used placed on the output slit of the monochromator 12. The resulting comb spectra of the radiation of the luminescent light source were reflected on the monitor screen of the recording device 14 (see Figure 5) . The maximum spectral resolution of the setup was 0.1 nm. Control experiments showed that such a resolution is sufficient to record the fine structure of the spectra and measure the depth of modulation, but not enough to measure the half-width of the fine structure lines, which is less than 0.2 nm. The depth of modulation of the spectra at a given wavelength M (λ k ) was determined using equation (3):

Figure 00000003
Figure 00000003

где J(λ) - интенсивность люминесценции, λk, λk+1 - соседние длины волн, на которых наблюдается максимум и минимум интерференции. Максимальное достигнутое значение глубины модуляции составляет для излучения с длиной волны 1533,8 нм 90%. Установлено, что для излучения с длинами волн в диапазоне 1540-1560 нм вариации глубины модуляции незначительны. Отсюда следует, что возможно создание 30 канального источника оптического излучения в указанном спектральном диапазоне с одинаковой интенсивностью излучения в каждом спектральном канале.where J (λ) is the luminescence intensity, λ k , λ k + 1 are adjacent wavelengths at which the maximum and minimum of interference are observed. The maximum achieved value of the modulation depth for radiation with a wavelength of 1533.8 nm is 90%. It was found that for radiation with wavelengths in the range of 1540–1560 nm, variations in the modulation depth are insignificant. It follows that it is possible to create a 30-channel optical radiation source in the specified spectral range with the same radiation intensity in each spectral channel.

Claims (6)

1. Люминесцентный источник оптического излучения с гребенчатым спектром, включающий расположенные по одной оптической оси источник накачки, фокусирующую линзу и оптический усилитель в виде твердотельного активного элемента, размещенного внутри резонатора Фабри-Перо, отличающийся тем, что активный элемент представляет собой плоскопараллельную люминесцирующую пластину, выполненную из лазерного стекла, причем оптическая ось излучения источника накачки перпендикулярна плоскости резонатора Фабри-Перо.1. Luminescent optical radiation source with a comb spectrum, including a pump source located on one optical axis, a focusing lens and an optical amplifier in the form of a solid-state active element located inside the Fabry-Perot resonator, characterized in that the active element is a plane-parallel luminescent plate made from laser glass, and the optical axis of the radiation of the pump source is perpendicular to the plane of the Fabry-Perot resonator. 2. Люминесцентный источник оптического излучения по п.1, отличающийся тем, что зеркала резонатора Фабри-Перо нанесены непосредственно на плоскости люминесцирующей пластины.2. The luminescent optical radiation source according to claim 1, characterized in that the Fabry-Perot resonator mirrors are applied directly to the plane of the luminescent plate. 3. Люминесцентный источник оптического излучения по п.1 или 2, отличающийся тем, что использован источник накачки с интенсивностью, способной обеспечить положительный коэффициент усиления люминесцирующей среды, но меньше порога генерации.3. The luminescent optical radiation source according to claim 1 or 2, characterized in that a pump source with an intensity capable of providing a positive gain of the luminescent medium, but less than the generation threshold, is used. 4. Люминесцентный источник оптического излучения по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве люминесцирующей среды используются лазерные стекла, активированные Er, Yb, Nd, Tm, Yb/Er, Nd/Yb.4. The luminescent optical radiation source according to claim 1 or 2, characterized in that laser glasses activated by Er, Yb, Nd, Tm, Yb / Er, Nd / Yb are used as the luminescent medium. 5. Люминесцентный источник оптического излучения по п.1 или 2, отличающийся тем, что плоскопараллельная люминесцирующая пластина имеет толщину в пределах 0,2-5,0 мм.5. The luminescent optical radiation source according to claim 1 or 2, characterized in that the plane-parallel luminescent plate has a thickness in the range of 0.2-5.0 mm 6. Люминесцентный источник оптического излучения по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве плоскопараллельной люминесцирующей пластины используется пластина из фосфатного стекла, активированного иттербием и эрбием, толщиной 1,0 мм. 6. The luminescent optical radiation source according to claim 1 or 2, characterized in that a plate of phosphate glass activated by ytterbium and erbium, 1.0 mm thick, is used as a plane-parallel luminescent plate.
RU2007111889/28A 2007-03-19 2007-03-19 Luminescent optical source with crested spectrum RU2351046C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007111889/28A RU2351046C2 (en) 2007-03-19 2007-03-19 Luminescent optical source with crested spectrum
PCT/RU2008/000084 WO2008115094A1 (en) 2007-03-19 2008-02-07 Optical comb-spectrum luminescent source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007111889/28A RU2351046C2 (en) 2007-03-19 2007-03-19 Luminescent optical source with crested spectrum

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007111889A RU2007111889A (en) 2008-09-27
RU2351046C2 true RU2351046C2 (en) 2009-03-27

Family

ID=39766121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007111889/28A RU2351046C2 (en) 2007-03-19 2007-03-19 Luminescent optical source with crested spectrum

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2351046C2 (en)
WO (1) WO2008115094A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU214129U1 (en) * 2022-07-06 2022-10-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук RADIOLUMINESCENT SOURCE OF OPTICAL RADIATION

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1583375A1 (en) * 1987-11-03 1990-08-07 Киевский Государственный Университет Им.Т.Г.Шевченко Luminescent glass
US4953166A (en) * 1988-02-02 1990-08-28 Massachusetts Institute Of Technology Microchip laser
US4962995A (en) * 1989-06-16 1990-10-16 Gte Laboratories Incorporated Glasses for high efficiency erbium (3+) optical fiber lasers, amplifiers, and superluminescent sources
US5663822A (en) * 1995-06-14 1997-09-02 Mci Corporation Optical comb generator using optical white noise source
RU2222852C1 (en) * 2002-10-15 2004-01-27 Кузьмин Олег Викторович Laser material

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU214129U1 (en) * 2022-07-06 2022-10-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук RADIOLUMINESCENT SOURCE OF OPTICAL RADIATION

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008115094A1 (en) 2008-09-25
RU2007111889A (en) 2008-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ams et al. Ultrafast laser written active devices
JP2018087990A (en) Broadly tunable optical parametric oscillator
JP4843506B2 (en) Light source device with modulation function and driving method thereof
WO2004049525A1 (en) Actively mode-locked lasers and other photonic devices using electro-optic whispering gallery mode resonators
JP2633224B2 (en) Channel width adjustment device for multi-channel optical fiber amplification light source
CN110247290B (en) Dual comb generation from a single laser cavity via spectral subdivision
WO2002021649A2 (en) Method and device for generating radiation with stabilized frequency
US20120127464A1 (en) Light source apparatus
JP6580554B2 (en) Generator for at least three coherent laser beams in the infrared and visible regions
JPH11168252A (en) Small solid-state laser
CN108988106A (en) Controllable multiple-wavelength fiber external cavity laser based on super surface external cavity mirror
EP1397851B1 (en) Frequency-stabilized laser source
RU2351046C2 (en) Luminescent optical source with crested spectrum
CN115548835A (en) Tunable microwave source based on single echo wall mode optical microcavity dual-wavelength laser
CN114946090A (en) Fiber laser system
CN110994339A (en) Wide-tuning narrow-linewidth all-solid-state Raman laser
JP2756632B2 (en) Tunable mode-locked laser device
JP7467592B2 (en) All-fiber widely tunable ultrafast laser source
US20240106181A1 (en) Laser system and method for generating laser pulses
Watts Integrated erbium lasers in silicon photonics
JP2005221782A (en) Wavelength tunable visible light source
JP2002229086A (en) Wavelength converter
JP3806800B2 (en) Optical operational amplifier
KR20230107142A (en) Device for the compression of laser pulses of the order of the nanosecond and consequent generation of ultrashort pulses of the order of one hundred femtoseconds
JP2024523855A (en) Laser system and method for generating laser pulses - Patents.com

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20140812