RU2730879C1 - Device for adjustment of fiber laser generation wavelength - Google Patents

Device for adjustment of fiber laser generation wavelength Download PDF

Info

Publication number
RU2730879C1
RU2730879C1 RU2019145598A RU2019145598A RU2730879C1 RU 2730879 C1 RU2730879 C1 RU 2730879C1 RU 2019145598 A RU2019145598 A RU 2019145598A RU 2019145598 A RU2019145598 A RU 2019145598A RU 2730879 C1 RU2730879 C1 RU 2730879C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fiber
fbg
wavelength
core
tuning
Prior art date
Application number
RU2019145598A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Алексеевич Бабин
Алексей Анатольевич Вольф
Александр Владимирович Достовалов
Михаил Игоревич Скворцов
Кирилл Сергеевич Распопин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН)
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 автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ), Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ)
Priority to RU2019145598A priority Critical patent/RU2730879C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2730879C1 publication Critical patent/RU2730879C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • 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
    • G02F1/01—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 for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0102—Constructional details, not otherwise provided for in this subclass
    • G02F1/0107—Gaskets, spacers or sealing of cells; Filling and closing of cells
    • 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
    • H01S3/0675—Resonators including a grating structure, e.g. distributed Bragg reflectors [DBR] or distributed feedback [DFB] fibre lasers

Landscapes

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

Abstract

FIELD: optical instrument making.
SUBSTANCE: device for tuning the wavelength of generation of a fiber laser includes fiber Bragg gratings (FBG) as mirrors which form a fiber laser resonator, located in cores of a multi-core light guide, which on both sides is fixed by means of glue in ceramic ferues, one of which is moved by means of linear translator, and the second one is fixed. Section of fiber with FBG located between two ferulae is located in the third ceramic ferrule with possibility of free movement in it. Weak-reflecting FBGs are placed in the central core of multi-core fiber, and high-reflecting FBG – in peripheral cores, wherein the number of weakly reflecting FBG should be equal to the number of high-reflecting FBGs, which are made one by one in peripheral cores with different reflection wavelengths, wherein reflection wavelengths of the high-reflecting – low-reflecting FBG pair in the initial position must be matched to achieve synchronous adjustment by stretching / contracting the multi-core light guide.
EFFECT: technical result consists in enabling linear dependence of the wavelength tuning value on the fiber deformation value.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может найти применение для перестройки длины волны генерации волоконных лазеров. Волоконные лазеры с перестраиваемой длиной волны могут найти применение в спектроскопии, волоконно-оптических сенсорных системах, волоконно-оптической связи.The invention relates to the field of optical instrumentation and can be used for tuning the wavelength of generation of fiber lasers. Tunable wavelength fiber lasers can find application in spectroscopy, fiber optic sensor systems, and fiber optic communication.

Известно техническое решение для перестройки длины волны генерации волоконного лазера, представленное в статье (R. Wyatt, "High-power broadly tunable erbium-doped silica fibre laser," Electron. Lett. 25, 1498 (1989)). В данном методе перестройка длины волны осуществляется за счет отражающей дифракционной решетки, угол падения излучения, который определяет длину волны отражения и, следовательно, длину волны генерации волоконного эрбиевого лазера, которая может изменяться с помощью данного метода на 70 нм от 1510 нм до 1580 нм.Known technical solution for tuning the wavelength of generation of a fiber laser, presented in the article (R. Wyatt, "High-power broadly tunable erbium-doped silica fiber laser," Electron. Lett. 25, 1498 (1989)). In this method, the wavelength tuning is carried out due to the reflecting diffraction grating, the angle of incidence of radiation, which determines the reflection wavelength and, therefore, the wavelength of generation of the erbium fiber laser, which can be changed using this method by 70 nm from 1510 nm to 1580 nm.

Недостатком данного технического решения является необходимость использования объемных элементов (линзы, дифракционная решетка) в оптической схеме, что снижает стабильность выходных параметров схемы из-за расстройки относительных положений элементов и требует постоянной юстировки данных элементов.The disadvantage of this technical solution is the need to use volumetric elements (lenses, diffraction grating) in the optical scheme, which reduces the stability of the output parameters of the scheme due to the detuning of the relative positions of the elements and requires constant adjustment of these elements.

Известно техническое решение для перестройки длины волны генерации волоконного лазера (US5691999A, «COMPRESSION-TUNED FIBER LASER») в полностью волоконном исполнении, что устраняет недостатки предыдущего метода. В данном методе перестройка длины волны генерации волоконного эрбиевого лазера осуществляется за счет сжатия резонатора волоконного лазера, образованного двумя отражающими волоконными брэгговскими решетками (ВБР) показателя преломления и участка активного волокна, легированного ионами эрбия. Поскольку пороговое значения относительной деформации кварцевого волокна при сжатии (ε = ΔL/L ≈ -0.23) существенно превышает значение данной величины при растяжении (ε = ΔL/L ≈ 0.01), то в случае сжатия ВБР диапазон перестройки лазерной генерации будет гораздо больше (32 нм), чем в случае растяжения (5 нм).Known technical solution for tuning the wavelength of generation of a fiber laser (US5691999A, "COMPRESSION-TUNED FIBER LASER") in an all-fiber design, which eliminates the disadvantages of the previous method. In this method, the wavelength of the generation of an erbium fiber laser is tuned by compressing the cavity of the fiber laser formed by two reflective fiber Bragg gratings (FBGs) of the refractive index and a section of the active fiber doped with erbium ions. Since the threshold value of the relative deformation of a silica fiber under compression (ε = ΔL / L ≈ -0.23) significantly exceeds the value of this value under tension (ε = ΔL / L ≈ 0.01), in the case of FBG compression, the tuning range of lasing will be much larger (32 nm) than in the case of stretching (5 nm).

Недостатком данного технического решения является ограничение на длину резонатора, который подвергается сжатию, что снижает эффективность и мощность генерации излучения волоконных лазеров из-за малой длины активного волокна или требует использования специализированного высоколегированного волокна.The disadvantage of this technical solution is the limitation on the length of the resonator, which is subjected to compression, which reduces the efficiency and power of generation of radiation from fiber lasers due to the short length of the active fiber or requires the use of specialized highly doped fiber.

Известно техническое решение перестройки длины волны генерации волоконного иттербиевого лазера, представленное в статье (V.A. Akulov, D.М. Afanasiev, S.A. Babin, D.V. Churkin, S.I. Kablukov, M.A. Rybakov, and A.A. Vlasov, "Frequency tuning and doubling in Yb-doped fiber lasers," Laser Phys. 17, 124-129 (2007).). В данном решении перестройка длины волны генерации иттербиевого лазера на 45 нм осуществлялась за счет перестройки на сжатие только одной ВБР, образующей резонатор, поскольку вторым выходным зеркалом резонатора лазера являлась торцевая поверхность световода, полированная под углом 90° к оси световода, которая обладает широкополосным отражением по длине волны. В данном случае, поскольку перестраивается не весь резонатор, а только одна ВБР, длина резонатора не ограничена, как в предыдущем методе, и составила 20 м, что позволило получить высокую выходную мощность излучения до 6 Вт.A technical solution for tuning the generation wavelength of an ytterbium fiber laser is known, presented in the article (VA Akulov, D. M. Afanasiev, SA Babin, DV Churkin, SI Kablukov, MA Rybakov, and AA Vlasov, "Frequency tuning and doubling in Yb-doped fiber lasers, "Laser Phys. 17, 124-129 (2007).). In this solution, the tuning of the output wavelength of the ytterbium laser at 45 nm was carried out by tuning to compression of only one FBG forming the resonator, since the second output mirror of the laser resonator was the end surface of the fiber polished at an angle of 90 ° to the fiber axis, which possesses broadband reflection along wavelength. In this case, since not the entire resonator is reconfigured, but only one FBG, the resonator length is not limited, as in the previous method, and was 20 m, which made it possible to obtain a high output radiation power of up to 6 W.

Недостатком данной схемы является отсутствие возможности изменения величины отражения выходного зеркала с целью оптимизации выходной мощности лазера при заданной мощности накачки.The disadvantage of this scheme is the inability to change the magnitude of the reflection of the output mirror in order to optimize the output power of the laser at a given pump power.

Известно техническое решение, представленное в статье (С.Р. Абдуллина, С.А. Бабин, А.А. Власов, С.И. Каблуков, А.С. Курков, И.С. Шелемба, "Полностью волоконный иттербиевый лазер, перестраиваемый в спектральном диапазоне 45 нм", Квантовая электроника, 37:12 (2007), 1146-1148), в котором производилась перестройка длины волны иттербиевого лазера за счет одновременной перестройки как высокоотражающей, так и слабоотражающей выходной ВБР, которые были закреплены на одной пластине, которая подвергалась деформации изгиба с целью одновременного сжатия ВБР, которые располагались на внутренней стороне пластины относительно нейтральной плоскости изгиба. В отличие от предыдущего способа, коэффициент отражения выходной ВБР может быть подобран, таким образом, чтобы выходная мощность излучения волоконного лазера при фиксированной мощности накачки была максимальной.Known technical solution presented in the article (S.R. Abdullina, S.A. Babin, A.A. Vlasov, S.I. Kablukov, A.S. Kurkov, I.S.Shelemba, "All-fiber ytterbium laser, tunable in the spectral range of 45 nm ", Quantum Electronics, 37:12 (2007), 1146-1148), in which the wavelength of the ytterbium laser was tuned due to the simultaneous tuning of both highly reflecting and low-reflecting output FBGs, which were fixed on one plate , which was subjected to bending deformation in order to simultaneously compress the FBGs, which were located on the inner side of the plate relative to the neutral plane of bending. In contrast to the previous method, the reflection coefficient of the output FBG can be adjusted so that the output power of the fiber laser at a fixed pump power is maximized.

Недостатком данной схемы является рассогласование по длине волны отражения высокоотражающей и слабоотражающей ВБР при перестройке, вследствие слабо контролируемой пластической деформации клеевого соединения между ВБР и пластиной, а также низкая долговременная стабильность длины волны и невозможность обеспечить быструю перестройку.The disadvantage of this scheme is the mismatch in the wavelength of reflection of the highly reflective and low-reflective FBG during restructuring, due to poorly controlled plastic deformation of the adhesive bond between the FBG and the plate, as well as low long-term stability of the wavelength and the impossibility of ensuring rapid restructuring.

Известно техническое решение, представленное в статье (N. Mohammad, W. Szyszkowski, W. J. Zhang, E. I. Haddad, J. Zou, W. Jamroz, and R. Kruzelecky, "Analysis and development of a tunable fiber Bragg grating filter based on axial tension/compression," J. Light. Technol. 22, 2001-2013 (2004)), в которой перестройка длины волны ВБР на 56.5 нм осуществлялась как за счет растяжения, так и за счет сжатия ВБР. При этом волокно с ВБР с двух сторон было зафиксировано с помощью клея в керамических ферулах (с внутренним диаметром на 2 мкм большим, чем диаметр волокна), одна из которых перемещалась с помощью линейного транслятора. Участок волокна с ВБР, расположенный между двумя этими ферулами располагался в третьей керамической феруле с возможность свободного перемещения в ней.The technical solution presented in the article is known (N. Mohammad, W. Szyszkowski, WJ Zhang, EI Haddad, J. Zou, W. Jamroz, and R. Kruzelecky, "Analysis and development of a tunable fiber Bragg grating filter based on axial tension / compression, "J. Light. Technol. 22, 2001-2013 (2004)), in which the FBG wavelength tuning to 56.5 nm was carried out both by stretching and by compression of the FBG. In this case, the fiber with FBG on both sides was fixed with glue in ceramic ferrules (with an inner diameter of 2 μm larger than the fiber diameter), one of which was moved using a linear translator. The section of fiber with FBG, located between these two ferrules, was located in the third ceramic ferrule with the possibility of free movement in it.

Недостатком данного решения является нелинейная зависимость перестройки по длине волны ВБР от величины деформации при величине деформации более 1%, вызванная деформацией клея, на который закрепляется волокно в феруле и изгиб волокна при сжатии, что ограничивает спектральную область перестройки в линейном режимеThe disadvantage of this solution is the nonlinear dependence of the wavelength tuning of the FBG on the deformation value at a deformation value of more than 1%, caused by the deformation of the glue on which the fiber is fixed in the ferrule and the fiber bending under compression, which limits the spectral range of the tuning in the linear mode

Перед авторами ставилась задача разработать устройство для перестройки длины волны генерации волоконных лазеров в широком спектральном диапазоне в полностью волоконном исполнении с линейной зависимостью величины перестройки длины волны от величины деформации.The task of the authors was to develop a device for tuning the wavelength of generation of fiber lasers in a wide spectral range in an all-fiber version with a linear dependence of the wavelength tuning value on the deformation value.

Поставленная задача решается с помощью использования ВБР в качестве зеркал, формирующих резонатор волоконного лазера, расположенных в сердцевинах многосердцевинного световода, который с двух сторон зафиксирован с помощью клея в керамических ферулах, одна из которых перемещается с помощью линейного транслятора, а вторая закреплена неподвижно, участок волокна с ВБР, расположенный между двумя этими ферулами, располагался в третьей керамической феруле с возможностью свободного перемещения в ней, причем слабоотражающие волоконные брэгговские решетки размещены в центральной сердцевине многосердцевинного волокна, а высокоотражающие волоконные брэгговские решетки - в периферийных сердцевинах, при этом количество слабоотражающих волоконных брэгговских решеток должно быть равно количеству высокоотражающих волоконных брэгговских решеток, которые выполнены по одной в периферийных сердцевинах с различными длинами волн отражения, при этом длины волн отражения пары высокоотражающая - слабоотражающая волоконные брэгговские решетки в исходном положении должны быть согласованы для достижения синхронной перестройки за счет растяжения/сжатия многосердцевинного световодаThe problem is solved by using FBGs as mirrors that form a fiber laser resonator located in the cores of a multi-core fiber, which is fixed on both sides with glue in ceramic ferrules, one of which is moved using a linear translator, and the second is fixed motionless, the fiber section with FBG, located between these two ferrules, was located in the third ceramic ferrule with the possibility of free movement in it, with low-reflective fiber Bragg gratings placed in the central core of the multicore fiber, and highly reflective fiber Bragg gratings - in the peripheral cores, while the number of low-reflective fiber Bragg gratings should be equal to the number of highly reflective fiber Bragg gratings, which are made one by one in the peripheral cores with different reflection wavelengths, while the reflection wavelengths of the highly reflective - low reflective pair Fiber Bragg gratings in the initial position must be matched to achieve synchronous realignment by stretching / compressing the multi-core fiber

Для обеспечения непрерывной спектральной перестройки, соседние по длинам волн отражения волоконные брэгговские решетки имеют частично перекрьшающийся спектральный диапазон перестройки.To ensure continuous spectral tuning, fiber Bragg gratings with adjacent reflection wavelengths have partially overlapping spectral tuning range.

Техническим результатом заявляемого устройства перестройки длины волны волоконного лазера является возможность перестройки длины волны генерации волоконного лазера в большом спектральном диапазоне без рассогласования слабоотражающих и высокоотражающих ВБР, линейность перестройки от величины деформации.The technical result of the proposed device for tuning the wavelength of the fiber laser is the ability to tune the wavelength of the fiber laser in a large spectral range without mismatching low-reflective and highly reflective FBGs, linearity of tuning from the amount of deformation.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого устройства перестройки длины волны волоконного лазера, где:FIG. 1 shows a diagram of the proposed device for tuning the wavelength of a fiber laser, where:

I - источник накачки волоконного лазера,I - fiber laser pumping source,

2 - спектрально-селективный разветвитель,2 - spectral-selective splitter,

3 - активный световод,3 - active light guide,

4 - оптический свитч,4 - optical switch,

5 - центральная сердцевина многосердцевинного световода,5 - the central core of the multicore light guide,

6 - периферийная сердцевина многосердцевинного световод,6 - peripheral core of a multicore light guide,

7 - многосердцевинный световод,7 - multi-core light guide,

8 - высокотражающие ВБР, расположенные в периферийных сердцевинах многосердцевинного световода,8 - highly reflective FBGs located in the peripheral cores of a multicore light guide,

9 - слабоотражающие ВБР, расположенные в центральной сердцевине многосердцевинного световода,9 - weakly reflecting FBGs located in the central core of a multicore fiber,

10 - цилиндр, центрирующий ферулы10 - cylinder centering ferrules

11 - устройство разделения сердцевин многосердцевинного световода на отдельные одномодовые световоды,11 - a device for dividing the cores of a multicore fiber into separate single-mode fiber,

12 - торец волокна, шлифованный под углом к оси волокна, для подавления обратного отражения,12 - fiber end face, ground at an angle to the fiber axis, to suppress back reflection,

13 - выходное излучение волоконного лазера,13 - output radiation of the fiber laser,

14 - непоглощенное излучение источника накачки волоконного лазера,14 - unabsorbed radiation from the fiber laser pump source,

15 - подвижная ферула, в которой закреплен многосердцевинный световод,15 - movable ferula, in which the multi-core light guide is fixed,

16 - линейный транслятор для перемещения подвижной ферулы,16 - linear translator for moving the movable ferrule,

17 - промежуточная ферула, внутри которой многосердцевинный световод перемещается свободно,17 - an intermediate ferula, inside which the multicore fiber moves freely,

18 - неподвижная ферула, в которой закреплен многосердцевинный световод.18 - fixed ferula, in which the multi-core light guide is fixed.

На фиг. 2 представлена схема перестройки длины волны волоконного лазера на основе многосердцевинного световода с одновременной перестройкой двух ВБР, записанных в периферийной и центральной сердцевине многосердцевинного световода. Обозначение - те же, что и на фиг. 1.FIG. 2 shows a diagram of the wavelength tuning of a fiber laser based on a multi-core fiber with the simultaneous tuning of two FBGs recorded in the peripheral and central core of the multi-core fiber. The designations are the same as in FIG. 1.

На фиг. 3 представлены спектры генерации волоконного лазера на основе многосердцевинного световода с одновременной перестройкой двух ВБР при различной величине деформации.FIG. Figure 3 shows the lasing spectra of a fiber laser based on a multi-core fiber with simultaneous tuning of two FBGs at different deformation values.

Заявляемое устройство перестройки длины волны волоконного лазера работает следующим образом. Излучение от источника накачки 1 волоконного лазера с помощью спектрально-селективного разветвителя 2 заводится в резонатор волоконного лазера, который образован отрезком активного световода 3 и парой согласованных по длине волны ВБР - слабоотражающей ВБР 9, расположенной в центральной сердцевине 5 многосердцевинного световода 7, и высокоотражающей ВБР 8, расположенной в одной из периферийных сердцевин 6 многосердцевинного световода 7. Выбор периферийных сердцевин 6 многосердцевинного световод 7 осуществляется посредством соединения отрезка активного световода 3 с одной из периферийных сердцевин 6 многосердцевинного световода 7 с помощью оптического свитча 4, выходы которого соединены с одномодовыми световодами устройства 11 разделения сердцевин многосердцевинного световода 7 на отдельные одномодовые световоды. При этом в центральной сердцевине 5 многосердцевинного световода 7 располагаются слабоотражающие ВБР 9 с различными длинами волн отражения от λ1 до λn, где - коротковолновая граница перестройки длины волны волоконного лазера, λn - длинноволновая граница перестройки длины волны волоконного лазера. В каждой из периферийных сердцевин 6 многосердцевинного световода 7 располагаются по одной высокотражающей ВБР 8 с различными длинами волн отражения от λ1 до λn, число n равно числу периферийных сердцевин 6 многосердцевинного световод 7. Таким образом, при определенном положении переключателя оптического свитча 4 резонатор волоконного лазера будет содержать только одну высокоотражающую ВБР 8 с резонансной длиной волны отражения λi, при этом в центральной сердцевине также будет присутствовать соответствующая слабоотражающая ВБР 9 с такой же с резонансной длиной волны отражения λi, поэтому выходное излучение 13 волоконного лазера будет также иметь длину волны λi и будет выводиться из резонатора и разделяться от непоглощенного излучения 14 источника накачки волоконного лазера с помощью второго спектрально-селективный разветвителя 2. Перестройка при фиксированной длине волны λi осуществляется за счет одновременного сжатия/растяжения участка многосердцевинного световода в малом диапазоне деформации для обеспечения линейной зависимости изменения длины волны генерации волоконного лазера от величины деформации, в сердцевинах многосердцевинного световода, который с двух сторон зафиксирован с помощью клея в керамических ферулах, одна из которых является подвижной 15 перемещается с помощью линейного транслятора 16, а вторая ферула 18 закреплена неподвижно, участок волокна с ВБР, расположенный между двумя этими ферулами располагался в третьей керамической феруле 17 с возможность свободного перемещения в ней. Все три ферулы размещаются в одном центрирующем ферулы керамическом цилиндре 10. При сближении ферул с помощью перемещения линейного транслятора 16 осуществляется одновременное сжатие как высокоотражающих ВБР 8, так и слабоотражающих ВБР 9. Поскольку величина относительной деформации многосердцевинного волокна в месте расположения высокоотражающих ВБР 8 и слабоотражающих ВБР 9 в данном случае будет одинаковой, то и изменение резонансной длины волны согласно (1) будет одинаковым, что обеспечивает синхронную перестройку длины волн ВБР, а значит и длины волны генерации волоконного лазера.The claimed device for tuning the wavelength of the fiber laser operates as follows. Radiation from the pump source 1 of the fiber laser with the help of a spectrally selective coupler 2 is introduced into the fiber laser cavity, which is formed by a segment of the active fiber 3 and a pair of wavelength-matched FBGs - a weakly reflecting FBG 9 located in the central core 5 of the multi-core fiber 7, and a highly reflective FBG 8, located in one of the peripheral cores 6 of the multi-core light guide 7. The choice of the peripheral cores 6 of the multi-core light guide 7 is carried out by connecting the segment of the active light guide 3 to one of the peripheral cores 6 of the multi-core light guide 7 using an optical switch 4, the outputs of which are connected to the single-mode fibers of the device 11 dividing the cores of the multicore light guide 7 into separate single-mode light guides. In this case, weakly reflecting FBGs 9 with different reflection wavelengths from λ 1 to λ n are located in the central core 5 of the multicore fiber 7, where is the short-wavelength limit of the fiber laser wavelength tuning, λ n is the long-wavelength limit of the fiber laser wavelength tuning. In each of the peripheral cores 6 of the multicore fiber 7, there are one highly reflective FBG 8 with different reflection wavelengths from λ 1 to λ n , the number n is equal to the number of peripheral cores 6 of the multicore fiber 7. Thus, at a certain position of the switch of the optical switch 4, the fiber resonator laser will contain only one highly reflective FBG 8 with a resonant reflection wavelength λ i , while in the central core there will also be a corresponding weakly reflecting FBG 9 with the same resonant reflection wavelength λ i , therefore the output radiation 13 of the fiber laser will also have a wavelength λ i and will be removed from the resonator and separated from the unabsorbed radiation 14 of the pumping source of the fiber laser using the second spectrally selective splitter 2. Tuning at a fixed wavelength λ i is carried out due to the simultaneous compression / expansion of the multicore fiber section in a small dia the deformation zone to ensure a linear dependence of the change in the wavelength of the generation of the fiber laser on the amount of deformation, in the cores of a multi-core fiber, which is fixed on both sides with glue in ceramic ferrules, one of which is movable 15 is moved using a linear translator 16, and the second ferrule 18 fixed motionlessly, the section of the fiber with FBG located between these two ferrules was located in the third ceramic ferrule 17 with the possibility of free movement in it. All three ferrules are placed in one centering ferrule ceramic cylinder 10. When the ferrules approach each other by moving the linear translator 16, both highly reflective FBG 8 and low-reflective FBG 9 are simultaneously compressed. Since the magnitude of the relative deformation of the multi-core fiber at the location of highly reflective FBG 8 and low-reflective FBG 9 in this case will be the same, then the change in the resonant wavelength according to (1) will be the same, which ensures synchronous tuning of the FBG wavelength, and hence the generation wavelength of the fiber laser.

Figure 00000001
Figure 00000001

где Δλ - изменение резонансной длины волны отражения ВБР, λB - резонансная длина волны отражения ВБР, Ре - эффективный коэффициент фотоупругости, ε = ΔL/L0 - величина относительной деформации, равная отношению величины деформации ΔL к исходной длине деформируемого объекта L0.where Δλ is the change in the resonant wavelength of the FBG reflection, λ B is the resonant wavelength of the FBG reflection, P e is the effective coefficient of photoelasticity, ε = ΔL / L 0 is the value of the relative deformation, equal to the ratio of the deformation value ΔL to the initial length of the deformed object L 0 .

Для демонстрации работоспособности предложенного устройства перестройки длины волны волоконного лазера была изготовлена схема (Фиг. 2) волоконного лазера с волоконными брэгговскими решетками: слабоотражающая ВБР была расположена в центральной сердцевине МСС, тогда как высокоотражающая была расположена в периферийной сердцевине МСС. При сжатии участка МСС с ВБР резонансная длина волны ВБР уменьшается, что приводит к соответствующему изменению длины волны генерации волоконного лазера, представленного на Фиг. 3. При растяжении участка МСС с ВБР резонансная длина волны ВБР увеличивается, что также приводит к соответствующему изменению длины волны генерации волоконного лазера, представленного на Фиг. 3. Таким образом, показана синхронная перестройка слабоотражающей и высокоотражающей ВБР для перестройки длины волны генерации волоконного лазера на 17 нм.To demonstrate the performance of the proposed device for tuning the wavelength of the fiber laser, a circuit (Fig. 2) of a fiber laser with fiber Bragg gratings was made: a weakly reflecting FBG was located in the central core of the MSS, while the highly reflective one was located in the peripheral core of the MSS. When the section of the MSS with FBG is compressed, the resonant wavelength of the FBG decreases, which leads to a corresponding change in the generation wavelength of the fiber laser shown in FIG. 3. When stretching the section of the MSS with FBG, the resonant wavelength of the FBG increases, which also leads to a corresponding change in the generation wavelength of the fiber laser shown in FIG. 3. Thus, the synchronous tuning of a low-reflective and highly reflective FBG has been shown for tuning the generation wavelength of a fiber laser at 17 nm.

Таким образом, заявленный способ позволяет осуществлять перестройку длины волны генерации волоконного лазера в широком спектральном диапазоне в полностью волоконном исполнении с линейной зависимостью изменения длины волны генерации волоконного лазера от величины деформации ВБР.Thus, the claimed method makes it possible to tune the wavelength of generation of a fiber laser in a wide spectral range in an all-fiber version with a linear dependence of the change in the wavelength of generation of a fiber laser on the deformation of the FBG.

Claims (2)

1. Устройство для перестройки длины волны генерации волоконного лазера, включающее резонатор, в котором использованы волоконные брэгговские решетки в качестве зеркал, расположенных в сердцевинах многосердцевинного световода, а также устройство разделения сердцевин многосердцевинного световода на отдельные одномодовые световоды, при этом многосердцевинный световод с двух сторон зафиксирован в керамических ферулах, одна из которых выполнена с возможностью перемещения, а вторая закреплена неподвижно, при этом участок волокна с волоконными брэгговскими решетками, расположенный между двумя этими ферулами, помещен в третью керамическую ферулу с возможностью свободного перемещения в ней, причем слабоотражающие волоконные брэгговские решетки размещены в центральной сердцевине многосердцевинного волокна, а высокоотражающие волоконные брэгговские решетки - в периферийных сердцевинах, при этом количество слабоотражающих волоконных брэгговских решеток должно быть равно количеству высокоотражающих волоконных брэгговских решеток, которые выполнены по одной в периферийных сердцевинах с различными длинами волн отражения, при этом длины волн отражения пары высокоотражающая - слабоотражающая волоконные брэгговские решетки в исходном положении должны быть согласованы для достижения синхронной перестройки за счет растяжения/сжатия многосердцевинного световода.1. A device for tuning the wavelength of generation of a fiber laser, including a cavity in which fiber Bragg gratings are used as mirrors located in the cores of a multi-core fiber, as well as a device for dividing the cores of a multi-core fiber into separate single-mode fibers, while the multi-core fiber is fixed on both sides in ceramic ferrules, one of which is movable, and the second is fixed, while a section of fiber with fiber Bragg gratings located between these two ferrules is placed in a third ceramic ferrule with the possibility of free movement in it, and low-reflective fiber Bragg gratings are placed in the central core of the multicore fiber, and the highly reflective fiber Bragg gratings in the peripheral cores, while the number of low-reflective fiber Bragg gratings should be equal to the number of highly reflective fiber Bragg gratings, which are made one by one in peripheral cores with different reflection wavelengths, while the reflection wavelengths of a pair of highly reflective - low-reflective fiber Bragg gratings in the initial position must be matched to achieve synchronous tuning due to stretching / compression of the multi-core fiber. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что для обеспечения непрерывной спектральной перестройки соседние по длинам волн отражения волоконные брэгговские решетки имеют частично перекрывающийся спектральный диапазон перестройки.2. The device according to claim 1, characterized in that, to ensure continuous spectral tuning, the fiber Bragg gratings adjacent in reflection wavelengths have a partially overlapping spectral tuning range.
RU2019145598A 2019-12-30 2019-12-30 Device for adjustment of fiber laser generation wavelength RU2730879C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019145598A RU2730879C1 (en) 2019-12-30 2019-12-30 Device for adjustment of fiber laser generation wavelength

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019145598A RU2730879C1 (en) 2019-12-30 2019-12-30 Device for adjustment of fiber laser generation wavelength

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2730879C1 true RU2730879C1 (en) 2020-08-26

Family

ID=72237833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019145598A RU2730879C1 (en) 2019-12-30 2019-12-30 Device for adjustment of fiber laser generation wavelength

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2730879C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5691999A (en) * 1994-09-30 1997-11-25 United Technologies Corporation Compression-tuned fiber laser
WO2001067142A2 (en) * 2000-03-06 2001-09-13 Cidra Corporation TEMPERATURE COMPENSATED BRAGG GRATING AND ASSOCIATED OPTICAL DEVICEs
WO2002037625A2 (en) * 2000-11-06 2002-05-10 Cidra Corporation Compression-tuned bragg grating-based laser

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5691999A (en) * 1994-09-30 1997-11-25 United Technologies Corporation Compression-tuned fiber laser
WO2001067142A2 (en) * 2000-03-06 2001-09-13 Cidra Corporation TEMPERATURE COMPENSATED BRAGG GRATING AND ASSOCIATED OPTICAL DEVICEs
WO2002037625A2 (en) * 2000-11-06 2002-05-10 Cidra Corporation Compression-tuned bragg grating-based laser

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
N. Mohammad и др. "Analysis and development of a tunable fiber Bragg grating filter based on axial tension/compression" J. Light. Technol. 22, стр. 2001-2013, 2004. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3824323B2 (en) Fiber laser with variable wavelength by compression
US6826343B2 (en) Multi-core waveguide
US6597711B2 (en) Bragg grating-based laser
JP3776930B2 (en) Fiber grating with variable wavelength by compression
CA2394910C (en) Large diameter optical waveguide, grating, and laser
WO2020244130A1 (en) Multimode interference effect-based widely tunable single-frequency fiber laser
US6594288B1 (en) Tunable raman laser and amplifier
Babin et al. Tunable fiber Bragg gratings for application in tunable fiber lasers
JPWO2006132285A1 (en) light source
Pureur et al. Single-polarization fiber lasers using Bragg gratings in Hi-Bi fibers
RU2730879C1 (en) Device for adjustment of fiber laser generation wavelength
US9360626B2 (en) Fiber-based multi-resonator optical filters
Zeller et al. Tunable Pr/sup 3+/-Yb/sup 3+/-doped all-fiber upconversion laser
CN202210616U (en) Tunable multi-wavelength fiber laser based on 2-degree angle SMFBG
Yin et al. Tunable fiber laser by cascading twin core fiber-based directional couplers
RU2679474C1 (en) Rebuildable fiber-optic two-mirror reflective interferometer
RU2720264C1 (en) Tunable fiber reflective interferometer
WO2002037625A2 (en) Compression-tuned bragg grating-based laser
Su et al. Design of wavelength-switching erbium-doped fiber lasers with a multimode fiber Bragg grating using spatial-mode excitation and selection techniques
WO2011007693A1 (en) Fusion-splicing structure, optical waveguide element having fusion-splicing structure, and light source device using optical waveguide element, and splicing method
Zaini et al. Cancellation of birefringence in DBR laser through principal axis offset by a rotation of 90°
Zhang et al. Multimode Interference Tunable Filter in Chalcogenide Fiber
KR20020036015A (en) Fiber Bragg grating tuned fiber laser using semiconductor optical amplifier as a gain medium and the multiplexed sensor using the laser
Otto et al. Flexible manufacturing method for long-period fibre gratings with arbitrary index modulation profiles
Rao et al. Whispering gallery mode microsphere resonator integrated inside a capillary tube end