WO2011008130A2 - Перестраиваемый частотный селектор - Google Patents

Перестраиваемый частотный селектор Download PDF

Info

Publication number
WO2011008130A2
WO2011008130A2 PCT/RU2010/000388 RU2010000388W WO2011008130A2 WO 2011008130 A2 WO2011008130 A2 WO 2011008130A2 RU 2010000388 W RU2010000388 W RU 2010000388W WO 2011008130 A2 WO2011008130 A2 WO 2011008130A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fabry
waveguide
perot resonator
frequency selector
resonator
Prior art date
Application number
PCT/RU2010/000388
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011008130A9 (ru
WO2011008130A3 (ru
Inventor
Григорий Валентинович Геликонов
Валентин Михайлович ГЕЛИКОНОВ
Александр Александрович МОИСЕЕВ
Евгений Александрович МАШКОВИЧ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Биомедицинские Технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Биомедицинские Технологии" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Биомедицинские Технологии"
Publication of WO2011008130A2 publication Critical patent/WO2011008130A2/ru
Publication of WO2011008130A9 publication Critical patent/WO2011008130A9/ru
Publication of WO2011008130A3 publication Critical patent/WO2011008130A3/ru
Priority to US13/351,407 priority Critical patent/US20120182619A1/en

Links

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
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/1062—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using a controlled passive interferometer, e.g. a Fabry-Perot etalon
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/001—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on interference in an adjustable optical cavity
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/28—Interference filters
    • G02B5/284—Interference filters of etalon type comprising a resonant cavity other than a thin solid film, e.g. gas, air, solid plates
    • 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
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08013—Resonator comprising a fibre, e.g. for modifying dispersion or repetition rate

Definitions

  • the invention relates to laser technology and can be used to create tunable near-infrared lasers for spectral optical coherence tomography.
  • tunable lasers covers many areas of science and technology. Depending on the specific application, tunable lasers have different requirements for the tuning range, central wavelength, output power, and spectral line width. All these characteristics directly depend on the type of tunable frequency selector used to create the tunable laser.
  • An important characteristic for a number of problems is the mode of generation of a tunable source (generation on one or several longitudinal and transverse modes of the active resonator). The generation mode at one longitudinal mode of the active cavity is achieved when one longitudinal mode of the active cavity falls into the narrow spectral band created by the tunable frequency selector, the distance between which is determined by the optical length of the active cavity.
  • the emission spectrum is a narrow spectral band.
  • Frequency scanning is performed by changing the refractive index of a medium with a variable refractive index between two reflecting plates.
  • the disadvantage of this tunable frequency selector is that its use implies the presence of a large number of optical elements inside the active cavity, which increases its optical length, which, in turn, makes it difficult to create a tunable laser operating in the mode of generation of a single longitudinal mode of the active cavity.
  • the closest analogue to the developed tunable frequency selector is a tunable frequency selector known from US Pat. No. 6,301,274 IPC 7 HOlS 3/10 publ. 10/152001.
  • the tunable frequency selector consists of a lens, a Fabry-Perot resonator, inclined relative to the optical axis of the system at a sufficiently large angle to prevent reflection back into the system from the front mirror forming the Fabry-Perot resonator, and a reflecting mirror.
  • Broadband radiation passes through the lens, which matches the mode of the active medium used to create the tunable laser, and the mode of the Fabry-Perot resonator, then passes through the Fabry-Perot resonator, is reflected from the reflecting mirror, and again passes through the Fabry-Perot resonator and the lens hits back into the system, with the emission spectrum representing a narrow spectral band.
  • Frequency scanning is performed by changing the base of the Fabry-Perot resonator.
  • a tunable laser using this tunable frequency selector will have fewer optical elements inside its active resonator.
  • the optical length of such a laser can be reduced by using a frequency selector as one of the laser mirrors.
  • the problem to which the present invention is directed is the development of a tunable frequency selector for a tunable laser with the smallest possible optical length of an active cavity, including a frequency selector, for operating in the generation mode of one longitudinal mode of the active cavity.
  • a frequency selector for operating in the generation mode of one longitudinal mode of the active cavity.
  • the developed tunable frequency selector like the closest analogue, contains a Fabry-Perot resonator with a variable optical length between the mirrors.
  • What is new in the developed tunable frequency selector is that a waveguide with a mode size of several wavelengths is introduced in front of the Fabry-Perot resonator, while the modes of the waveguide and the Fabry-Perot resonator are partially aligned.
  • the Fabry-Perot resonator is located at an angle to the optical axis of the waveguide.
  • the implementation of the tunable frequency selector, the Fabry-Perot resonator is made in the form of two mirrors, at least one of which is convex.
  • the Fabry-Perot resonator is made in the form of two mirrors, at least one of which does not have radial symmetry.
  • a lens system consisting of at least one lens is introduced.
  • a tunable frequency selector it is made in the form of an output mirror of a tunable laser.
  • a lens system consisting of at least one lens is introduced.
  • a piezoceramic actuator is introduced to change the optical distance between the mirrors of the Fabry-Perot resonator.
  • FIG. Figure 1 shows the implementation of a tunable frequency selector using a waveguide and a Fabry - Perot resonator, the mode of which is partially consistent with the mode of the waveguide.
  • FIG. Figure 2 shows the implementation of a tunable frequency selector using a waveguide and a Fabry-Perot resonator located at an angle to the optical axis of the waveguide.
  • FIG. Figure 3 shows the mutual geometry of the incident Gaussian beam and the modes of the open resonator in case of their mismatch in the location and size of the constrictions.
  • FIG. Figure 4 shows the mutual geometry of the incident Gaussian beam and the modes of the open resonator in case of their mismatch in the angle and displacement of the axes.
  • FIG. Figure 5 shows the dependences of the power fractions (relative to the incident radiation power) of the incident Gaussian beam reflected from the front concave mirror and the modes of the open optical resonator, whose spectrum is narrow spectral bands incident back to the waveguide, on the angle between the waveguide axis and the open optical resonator .
  • FIG. Figure 6 shows the spectra of radiation reflected back from the open optical resonator into the waveguide, depending on the angle between the open optical resonator and the axis of the waveguide.
  • FIG. Figure 7 shows the implementation of a tunable frequency selector using a waveguide and a Fabry - Perot resonator, one of whose mirrors is convex.
  • FIG. 8 shows an implementation of a tunable frequency selector using a waveguide, lens, and. Fabry resonator - Feather.
  • FIG. Figure 9 shows the implementation of a tunable frequency selector using a lens after a Fabry - Perot resonator to organize the output of a selected study.
  • the tunable frequency selector of FIG. 1 in the general implementation case contains a waveguide 1 and a Fabry-Perot resonator 2, the mode waist of which amounts to several radiation wavelengths, while the modes of the open optical resonator and the waveguide are partially compatible.
  • the nature of the radiation reflected back into the waveguide is determined by the coupling coefficients C- j 'of the waveguide mode and the mode of the open optical resonator, where p, I, p, and ⁇ are the indices of the resonator mode and waveguide modes, respectively. Power fraction passing from the waveguide mode with indices p, I to the excited mode
  • L is the distance between the constrictions of the waveguide mode and the Fabry-Perot resonator mode.
  • ⁇ is the distance between the axes of the waveguide mode and the Fabry – Perot resonator mode, ⁇ is the angle between the axes of the waveguide mode and the Fabry – Perot resonator mode.
  • the coefficient ⁇ 2 determines the fraction of the radiation power with the spectrum of modes of the Fabry-Perot resonator, which falls back into the waveguide.
  • the tunable frequency selector comprises a waveguide 1 and a Fabry-Perot resonator 2, located at an angle to the optical axis of the circuit.
  • the mismatch in the angle between the axes of the waveguide mode and the Fabry - Perot cavity mode ⁇ is used as a mismatch factor.
  • the dependence of the power fraction (with respect to the power of the radiation incident on the Fabry – Perot resonator) of the mode of the Fabry – Perot resonator falling back into the waveguide on the angle will be proportional to 2exp (- 2 £ 2 / ⁇ 0 J.
  • the dependence of the power fraction (with respect to power incident on the Fabry resonator - Perot of radiation) reflected from the front mirror of the radiation, falling back into the waveguide, from the angle will be is proportional to exp (- (2 £) 2 / ⁇ 0 2 ), since the angle of reflection is equal to the angle of incidence.
  • Frequency scanning is performed by changing the optical distance between the mirrors that make up the Fabry-P resonator ero.
  • FIG. Figure 3 explains the value of ⁇ — the distance between the constrictions of the incident Gaussian beam and the modes of the Fabry – Perot resonator.
  • ⁇ is explained — the distance between the axes of the incident Gaussian beam and the modes of the open optical resonator, and ⁇ is the angle between the axes of the incident Gaussian beam and the modes of the Fabry – Perot resonator.
  • FIG. Figure 5 shows the dependences of the power fractions (relative to the incident radiation power) reflected from the front concave mirror of a wide-waveguide mode and the Fabry-Perot resonator mode, whose spectrum is narrow spectral bands that fall back into the waveguide, on the angle between the axis of the waveguide and the resonator Fabry - Feather.
  • the tunable frequency selector of FIG. 7 in the particular case of implementation contains a waveguide 1 and an open optical resonator 2, one of the mirrors of which is convex.
  • the mode waist of such an open optical resonator is located outside the open optical resonator and its size is several radiation wavelengths.
  • the fraction of power falling back into the waveguide for the Fabry-Perot resonator mode will exceed the fraction of the power incident back to the waveguide of the waveguide mode reflected from the front mirror by several orders of magnitude.
  • the Fabry - Perot resonator incident on the waveguide representing a Gaussian beam with indices of 0.0, can excite not only the Fabry resonator mode - A pen with indices of 0.0, but also higher-order modes. Since they are frequency shifted relative to the Fabry – Perot resonator mode with indices of 0.0, this can disrupt the generation of an active resonator on one longitudinal mode.
  • the tunable frequency selector of FIG. 9, in the particular case of implementation, comprises a waveguide 1, a lens 3 located after the waveguide, a Fabry-Perot resonator 2, and a lens 4 located on the back side of the Fabry-Perot resonator.
  • lens 3 and the Fabry-Perot 2 resonator provide about 5% of the incident radiation power reflected back into the waveguide, while the power spectrum of the reflected radiation represents narrow spectral bands.
  • Lens 4 located on the reverse side of the Fabry-Perot resonator, ensures the mode matching of the Fabry-Perot resonator with the output path of the device based on the tunable frequency selector, so this tunable frequency selector can be used as the output mirror of the tunable laser.
  • the developed tunable frequency selector is made on the basis of a modern element base (component parts).
  • a Surrlum semiconductor optical amplifier was used as waveguide 1, lens 3 between the waveguide and Fabry-Perot resonator, GT-IFRL-060-005-50-NC lens of the firm, resonator Fabry-Perot is made of two concave mirrors, a radius of 1 meter, made at the IAP RAS, on piezoceramic actuators, as lens 4 on the back of the resonator - lens GT-LFRL-100-025-50-NC, company Grip demanderh.
  • the developed tunable frequency selector is used for a tunable laser with the smallest possible optical length of the active cavity, including the frequency selector, to operate in the mode of generation of one longitudinal mode of the active cavity.
  • the frequency selector as one of the laser mirrors, the number of settings of the optical elements of the laser is reduced and its cost is reduced.
  • the developed tunable frequency selector is ready for mass production.

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для создания перестраиваемых лазеров в ближнем ИК— диапазоне для спектральной оптической когерентной томографии. Разработанный перестраиваемый частотный селектор используется для перестраиваемого лазера с наименьшей возможной оптической длиной активного резонатора, включающего в себя частотный селектор, для работы в режиме генерации одной продольной моды активного резонатора. За счет использования частотного селектора в качестве одного из зеркал лазера снижается количество настроек оптических элементов лазера и снижается его стоимость. Для этого перед резонатором Фабри-Перо введен волновод с размером моды несколько длин волн, при этом моды волновода и резонатора Фабри-Перо частично согласованы. Резонатор Фабри-Перо может быть расположен под углом к оптической оси волновода. Резонатор Фабри-Перо может быть выполнен в виде двух зеркал, по крайней мере одно из которых является выпуклым или в виде двух зеркал, по крайней мере одно из которых не обладает радиальной симметрией. Между волноводом и резонатором Фабри-Перо может быть введена линзовая система, состоящая из по крайней мере одной линзы. Перестраиваемый частотный селектор может быть выполнен в виде выходного зеркала перестраиваемого лазера. После резонатора Фабри-Перо может быть введена линзовая система, состоящая из по крайней мере одной линзы. Для изменения оптического расстояние между зеркалами резонатора Фабри-Перо в перестраиваемый частотный селектор может быть введен актуатор.

Description

Перестраиваемый частотный селектор.
Область техники
Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для создания перестраиваемых лазеров в ближнем ИК— диапазоне для спектральной оптической когерентной томографии.
Применение перестраиваемых лазеров охватывает многие области науки и техники. В зависимости от конкретного применения, к перестраиваемым лазерам предъявляются различные требования по диапазону перестройки, центральной длине волны, мощности выходного излучения, ширине спектральной линии. Все эти характеристики напрямую зависят от типа используемого для создания перестраиваемого лазера перестраиваемого частотного селектора. Также важной характеристикой для ряда задач является режим генерации перестраиваемого источника (генерация на одной или нескольких продольных и поперечных модах активного резонатора). Режим генерации на одной продольной моде активного резонатора достигается, когда в узкую спектральную полосу, создаваемую перестраиваемым частотным селектором, попадает одна продольная мода активного резонатора, расстояние между которыми определяется оптической длиной активного резонатора.
Предшествующий уровень техники
Известен перестраиваемый частотный селектор (патент US 7242697 МПК7 HOlS
3/10 публ. 10.07.2007), содержащий поляризатор, две отражающие пластины, заполненные средой с изменяемым показателем преломления (резонатор Фабри - Перо), заключённые между двумя фарадеевскими ротаторами, и отражающее зеркало. Широкополосное излучение направляется на поляризатор, проходя через который приобретает линейную поляризацию, затем, пройдя через фарадеевские ротаторы и резонатор Фабри - Перо, отражается от отражающего зеркала и, снова пройдя через фарадеевские ротаторы и резонатор Фабри - Перо, возвращается через поляризатор назад в систему. При этом излучение, отражённое от передней отражающей пластины, составляющей резонатор Фабри - Перо, задерживается поляризатором. На выходе из перестраиваемого частотного селектора спектр излучения представляет собой узкую спектральную полосу. Сканирование по частоте производится путём изменения показателя преломления среды с изменяемым показателем преломления между двумя отражающими пластинами. Недостатком данного перестраиваемого частотного селектора является то, что его использование предполагает наличие внутри активного резонатора большого количества оптических элементов, что увеличивает его оптическую длину, что, в свою очередь, затрудняет создание перестраиваемого лазера, работающего в режиме генерации одной продольной моды активного резонатора.
Ближайшим аналогом разработанного перестраиваемого частотного селектора является перестраиваемый частотные селектор, известный по патенту US 6301274 МПК7 HOlS 3/10 публ. 09.10.2001. Перестраиваемый частотный селектор состоит из линзы, резонатора Фабри - Перо, наклоненного по отношению к оптической оси системы под достаточно большим углом для предотвращения отражения назад в систему от переднего зеркала, образующего резонатор Фабри - Перо, и отражающего зеркала. Широкополосное излучение проходит через линзу, обеспечивающую согласование моды активной среды, используемой при создании перестраиваемого лазера, и моды резонатора Фабри - Перо, затем проходит через резонатор Фабри - Перо, отражается от отражающего зеркала и, снова пройдя через резонатор Фабри - Перо и линзу, попадает назад в систему, при этом спектр излучения представляет собой узкую спектральную полосу. Сканирование по частоте производится путём изменения базы резонатора Фабри - Перо.
В отличие от предыдущего устройства, перестраиваемый лазер, использующий данный перестраиваемый частотный селектор, будет иметь меньше оптических элементов внутри своего активного резонатора. Однако оптическая длина такого лазера может быть уменьшена при использовании частотного селектора в качестве одного из зеркал лазера.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка перестраиваемого частотного селектора для перестраиваемого лазера с наименьшей возможной оптической длиной активного резонатора, включающего в себя частотный селектор, для работы в режиме генерации одной продольной моды активного резонатора. За счет использования частотного селектора в качестве одного из зеркал лазера снижается количество настроек оптических элементов лазера и снижается его стоимость.
Указанный технический результат достигается благодаря тому, что разработанный перестраиваемый частотный селектор так же, как и ближайший аналог, содержит резонатор Фабри-Перо с переменной оптической длиной между зеркалами. Новым в разработанном перестраиваемом частотном селекторе является то, что перед резонатором Фабри-Перо введен волновод с размером моды несколько длин волн, при этом моды волновода и резонатора Фабри-Перо частично согласованы.
В первом частном случае реализации перестраиваемого частотного селектора резонатор Фабри-Перо расположен под углом к оптической оси волновода.
Во втором частном случае , реализации перестраиваемого частотного селектора резонатор Фабри-Перо выполнен в виде двух зеркал, по крайней мере одно из которых является выпуклым.
В третьем частном случае реализации перестраиваемого частотного селектора резонатор Фабри-Перо выполнен в виде двух зеркал, по крайней мере одно из которых не обладает радиальной симметрией.
В четвертом частном случае реализации перестраиваемого частотного селектора между волноводом и резонатором Фабри-Перо введена линзовая система, состоящая из по крайней мере одной линзы.
В пятом частном случае реализации перестраиваемого частотного селектора, он выполнен в виде выходного зеркала перестраиваемого лазера.
В шестом частном случае реализации перестраиваемого частотного селектора после резонатора Фабри-Перо введена линзовая система, состоящая из по крайней мере одной линзы.
В седьмом частном случае реализации перестраиваемого частотного селектора введен пьезокерамический актуатор для изменения оптического расстояние между зеркалами резонатора Фабри-Перо.
Краткое описание фигур чертежа
На фиг. 1 представлена реализация перестраиваемого частотного селектора с использованием волновода и резонатора Фабри - Перо, мода которого частично согласована с модой волновода.
На фиг. 2 представлена .реализация перестраиваемого частотного селектора с использованием волновода и резонатора Фабри— Перо, расположенного под углом к оптической оси волновода.
На фиг. 3 представлена взаимная геометрия падающего гауссова пучка и моды открытого резонатора в случае их рассогласования по расположению и величине перетяжек.
На фиг. 4 представлена взаимная геометрия падающего гауссова пучка и моды открытого резонатора в случае их рассогласования по углу и смещению осей. На фиг. 5 представлены зависимости долей мощности (по отношению к мощности падающего излучения) отражённого от переднего вогнутого зеркала широкополосного излучения падающего гауссова пучка и моды открытого оптического резонатора, чей спектр представляет собой узкие спектральные полосы попадающих назад в волновод, от угла между осью волновода и открытым оптическим резонатором.
На фиг. 6 представлены спектры попавшего назад в волновод излучения, отражённого от открытого оптического резонатора, в зависимости от угла между открытым оптическим резонатором и осью волновода.
На фиг. 7 представлена реализация перестраиваемого частотного селектора с использованием волновода и резонатора Фабри - Перо, одно из зеркал которого является выпуклым.
На фиг. 8 представлена реализация перестраиваемого частотного селектора с использованием волновода, линзы и. резонатора Фабри— Перо.
На фиг. 9 представлена реализация перестраиваемого частотного селектора с использованием линзы после резонатора Фабри - Перо для организации вывода селектированного изучения.
Варианты осуществления изобретения
Перестраиваемый частотный селектор по фиг. 1 в общем случае реализации содержит волновод 1 и резонатор Фабри - Перо 2, размер перетяжки моды которого составляет несколько длин волн излучения, при этом моды открытого оптического резонатора и волновода частично согласованы.
Характер отражённого назад в волновод излучения определяется коэффициентами связи С-j' моды волновода и моды открытого оптического резонатора, где р , I , р , ϊ - индексы моды резонатора и моды волновода соответственно. Доля мощности, переходящая из моды волновода с индексами р , I в возбуждаемую моду
2
резонатора Фабри - Перо с индексами р , I определяется как C^ . Для взаимодействия моды волновода, представляющей собой гауссов пучок с индексами 0,0 с модой с индексами 0,0 резонатора Фабри - Перо эти коэффициенты определяются формулой:
Figure imgf000006_0001
Где R0 , R0 - конфокальные параметры резонатора и моды волновода соответственно, co0 = ^jR0 /к - размер перетяжки основной моды резонатора Фабри - Перо, Ψo = γ гr угол расходимости моды резонатора Фабри - Перо. Л - расстояние между перетяжками моды волновода и моды резонатора Фабри - Перо. Δ - расстояние между осями моды волновода и моды резонатора Фабри - Перо, δ - угол между осями моды волновода и моды резонатора Фабри - Перо. Коэффициент ^ 2 определяет долю мощности излучения со спектром мод резонатора Фабри— Перо, попадающего назад в волновод. ' •
Аналогичную формулу можно записать для доли мощности моды волновода, отражённой от переднего зеркала и зеркала резонатора Фабри - Перо и попадающей назад в волновод.
В случае частичного согласования можно добиться ситуации, при которой доля мощности, попадающая назад в волновод, для отражённой от переднего зеркала моды волновода будет много меньше доли мощности, попадающей назад в волновод для моды резонатора Фабри - Перо. Таким образом, спектр излучения, попавшего назад в волновод, будет совпадать со спектром мод резонатора Фабри— Перо, представляющим собой узкие спектральные полосы. В результате можно добиться обеспечения обратной связи в лазере лишь для резонансных частот резонатора Фабри - Перо. В частности, используя в качестве волновода полупроводниковый оптический усилитель, можно добиться режима генерации одной продольной моды активного резонатора.
В частном случае реализации, представленном на фиг. 2, перестраиваемый частотный селектор содержит волновод 1 и резонатор Фабри - Перо 2, расположенный под углом к оптической оси схемы. В качестве фактора рассогласования в данном случае используется рассогласование по углу между осями моды волновода и моды резонатора Фабри - Перо δ . Рассмотрим, какие доли мощности отражённой от переднего зеркала моды волновода и моды резонатора Фабри - Перо попадут назад в волновод. Зависимость доли мощности (по отношению к мощности падающего на резонатор Фабри - Перо излучения) моды резонатора Фабри - Перо, попадающей назад в волновод, от угла будет пропорциональна 2exp(- 2£2/Ψ0 J. Зависимость доли мощности (по отношению к мощности падающего на резонатор Фабри - Перо излучения) отражённого от переднего зеркала излучения, попадающей назад в волновод, от угла будет пропорциональна exp(- (2£)2/Ψ0 2 ), поскольку угол отражения равен углу падения. В некотором интервале углов назад в волновод попадает менее 0.01 процента мощности отражённого от переднего зеркала падающего излучения, в то время как мощность моды резонатора Фабри— Перо, попадающая в волновод, составляет около 5% от мощности падающего излучения, что является оптимальным для обеспечения обратной связи в лазерах на полупроводниковых " оптических усилителях с коэффициентом усиления порядка 103 . Сканирование по частоте производится путём изменения оптического расстояния между зеркалами, составляющими резонатора Фабри - Перо.
На фиг. 3 поясняется значение величины Л - расстояние между перетяжками падающего гауссова пучка и моды резонатора Фабри - Перо.
На фиг. 4 поясняется значение величин Δ - расстояние между осями падающего гауссова пучка и моды открытого оптического резонатора и δ - угол между осями падающего гауссова пучка и моды резонатора Фабри - Перо.
На фиг. 5 представлены зависимости долей мощности (по отношению к мощности падающего излучения) отражённой от переднего вогнутого зеркала моды волновода с широким спектром и моды резонатора Фабри - Перо, чей спектр представляет собой узкие спектральные полосы, попадающих назад в волновод, от угла между осью волновода и резонатора Фабри - Перо.
Спектры отражённого назад в волновод от резонатора Фабри - Перо излучения, в зависимости от угла между осью открытого оптического резонатора и осью волновода, представлены на фиг. 6.
Перестраиваемый частотный селектор по фиг. 7 в частном случае реализации содержит волновод 1 и открытый оптический резонатор 2, одно из зеркал которого является выпуклым. Перетяжка моды такого открытого оптического резонатора находится вне открытого оптического резонатора и её размер составляет несколько длин волн излучения. В этом случае возможно добиться уменьшения доли мощности, попадающей назад в волновод для моды волновода, отражённой от переднего зеркала за счёт несовпадения размеров и перетяжек отражённого пучка и моды волновода. При этом доля мощности, попадающая назад в волновод для моды резонатора Фабри - Перо будет превосходить долю мощности попадающей назад в волновод моды волновода, отражённой от переднего зеркала на несколько порядков.
Падающая на резонатор Фабри - Перо мода волновода, представляющая собой гауссов пучок с индексами 0,0 может возбуждать не только моду резонатора Фабри - Перо с индексами 0,0, но и моды более высоких порядков. Поскольку они смещены по частоте, относительно моды резонатора Фабри - Перо с индексами 0,0, это может нарушить генерацию на одной продольной моде активного резонатора. Чтобы избежать этого эффекта, возможно выполнять резонатор Фабри - Перо из зеркал, не обладающих радиальной симметрией, поскольку в этом случае его моды также не будут обладать радиальной симметрией и коэффициенты связи (а значит и доли мощности), для мод такого резонатора Фабри - Перо с индексами, отличными от 0,0 будут на несколько порядков меньше, чем для моды резонатора Фабри— Перо с индексами 0,0.
Перестраиваемый частотный селектор по фиг. 8 в частном случае реализации содержит волновод 1, резонатор Фабри - Перо 2 и линзу 3. Линза 3, введённая после волновода, при соответствующем выборе положения в пространстве и фокусного расстояния, обеспечивает дополнительное согласование с модой волновода для моды резонатора Фабри— Перо, большее, чем для отражённой от переднего зеркала резонатора Фабри - Перо моды волновода.
Поскольку мода резонатора Фабри - Перо высвечивается с обратной стороны резонатора Фабри — Перо, возможно использование данного перестраиваемого частотного селектора в качестве выходного зеркала перестраиваемого лазера.
Перестраиваемый частотный селектор по фиг. 9 в частном случае реализации содержит волновод 1, расположенную после волновода линзу 3, резонатор Фабри - Перо 2 и линзу 4, расположенную с обратной стороны резонатора Фабри-Перо.
Как и в случае с перестраиваемым частотным селектором, изображённым на фиг. 8, линза 3 и резонатор Фабри - Перо 2 обеспечивают отражение назад в волновод около 5% мощности падающего излучения, при этом спектр мощности отражённого излучения представляет собой узкие спектральные полосы. Линза 4, расположенная с обратной стороны резонатора Фабри - Перо, обеспечивает согласование моды резонатор Фабри - Перо с выходным трактом устройства, созданного на базе перестраиваемого частотного селектора, таким образом возможно использование данного перестраиваемого частотного селектора в качестве выходного зеркала перестраиваемого лазера.
Промышленная применимость
Разработанный перестраиваемый частотный селектор изготовлено на основе современной элементной базы (комплектующих деталей). В конкретной реализации перестраиваемого частотного селектора качестве волновода 1 был использован полупроводниковый оптический усилитель фирмы Suреrlum, линзы 3 между волноводом и резонатором Фабри-Перо - линза GT-IFRL-060-005-50-NC фирмы Griпtесh, резонатор Фабри-Перо выполнен из двух вогнутых зеркал, радиус 1 метр, сделанных в ИПФ РАН, на пьезокерамических актуаторах, в качестве линзы 4 с обратной стороны резонатора - линза GT-LFRL- 100-025-50-NC, фирмы Griпtесh.
Таким образом, разработанный престраиваемый частотный селектор используется для перестраиваемого лазера с наименьшей возможной оптической длиной активного резонатора, включающего в себя частотный селектор, для работы в режиме генерации одной продольной моды активного резонатора. За счет использования частотного селектора в качестве одного из зеркал лазера снижается количество настроек оптических элементов лазера и снижается его стоимость.
Разработанный перестраиваемый частотный селектор готов к серийному производству.

Claims

Формула изобретения
1. Перестраиваемый частотный селектор, содержащий резонатор Фабри-Перо с переменной оптической длиной между зеркалами, отличающийся тем, что в оптическую схему введен волновод, при этом размер перетяжки моды резонатора Фабри-Перо составляет несколько длин волн, а моды резонатора Фабри-Перо и волновода частично согласованы.
2. Перестраиваемый частотный селектор по п.l, отличающийся тем, что резонатор Фабри-Перо расположен под углом к оптической оси оптической схемы.
3. Перестраиваемый частотный селектор по п. 1, отличающийся тем, что резонатор Фабри-Перо выполнен в виде двух зеркал, по крайней мере одно из которых является выпуклым.
4. Перестраиваемый частотный селектор по п. 1, отличающийся тем, что резонатор Фабри-Перо выполнен в виде двух вогнутых зеркал двоякой кривизны.
5. Перестраиваемый частотный селектор по п. 1, отличающийся тем, что резонатор Фабри-Перо выполнен в виде двух зеркал, не обладающих радиальной симметрией, по крайней мере одно из которых является выпуклым.
6. Перестраиваемый частотный селектор по п.l, или по п.2, или по п.З, или по п.4, или по п.5, отличающийся тем, что в оптическую схему после волновода введена линза.
7. Перестраиваемый частотный селектор по п. 1, или по п. 2, или по п. 3, или по п. 4, отличающийся тем, что в оптическую схему после резонатора Фабри-Перо введена дополнительная линза.
PCT/RU2010/000388 2009-07-17 2010-07-15 Перестраиваемый частотный селектор WO2011008130A2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/351,407 US20120182619A1 (en) 2009-07-17 2012-01-17 Tunable frequency selector

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009127671 2009-07-17
RU2009127671/28A RU2427062C2 (ru) 2009-07-17 2009-07-17 Перестраиваемый частотный селектор

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US13/351,407 Continuation US20120182619A1 (en) 2009-07-17 2012-01-17 Tunable frequency selector

Publications (3)

Publication Number Publication Date
WO2011008130A2 true WO2011008130A2 (ru) 2011-01-20
WO2011008130A9 WO2011008130A9 (ru) 2011-04-28
WO2011008130A3 WO2011008130A3 (ru) 2011-06-16

Family

ID=43450018

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2010/000388 WO2011008130A2 (ru) 2009-07-17 2010-07-15 Перестраиваемый частотный селектор

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20120182619A1 (ru)
RU (1) RU2427062C2 (ru)
WO (1) WO2011008130A2 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3137448A1 (fr) * 2022-07-04 2024-01-05 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Matrice de filtrage multispectral à filtres de Fabry-Pérot incurvés et procédés de fabrication

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4466699A (en) * 1982-01-22 1984-08-21 Honeywell Inc. Curved tunable Fabry-Perot filter
US20040196874A1 (en) * 2002-01-24 2004-10-07 Np Photonics, Inc Erbium-doped phosphate-glass tunable single-mode fiber laser using a tunable fabry-perot filter
US20090141747A1 (en) * 2005-07-01 2009-06-04 Nec Corporation External cavity wavelength tunable laser device and optical output module

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04237177A (ja) * 1991-01-22 1992-08-25 Asahi Glass Co Ltd レーザダイオード励起固体レーザ
US6608685B2 (en) * 2000-05-15 2003-08-19 Ilx Lightwave Corporation Tunable Fabry-Perot interferometer, and associated methods

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4466699A (en) * 1982-01-22 1984-08-21 Honeywell Inc. Curved tunable Fabry-Perot filter
US20040196874A1 (en) * 2002-01-24 2004-10-07 Np Photonics, Inc Erbium-doped phosphate-glass tunable single-mode fiber laser using a tunable fabry-perot filter
US20090141747A1 (en) * 2005-07-01 2009-06-04 Nec Corporation External cavity wavelength tunable laser device and optical output module

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B.R. BELOSTOTSKY ET AL.: 'Osnovy lazernoy tekhniki.' SOVETSKOE RADIO 1972, MOSCOW, pages 65 - 67 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20120182619A1 (en) 2012-07-19
WO2011008130A9 (ru) 2011-04-28
WO2011008130A3 (ru) 2011-06-16
RU2009127671A (ru) 2011-01-27
RU2427062C2 (ru) 2011-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9905993B2 (en) Wavelength selective external resonator and beam combining system for dense wavelength beam combining laser
Baillard et al. Interference-filter-stabilized external-cavity diode lasers
JP6293675B2 (ja) Ｏｃｔのためのｇｒｓｍを伴う波長調整可能な外部キャビティレーザーダイオード
JP5851517B2 (ja) ショートパルスファイバーレーザー
JP6562472B2 (ja) 外部共振器レーザ
WO2017022142A1 (ja) 半導体レーザ装置
CN104953461A (zh) 一种基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器
JP2017204530A (ja) 外部共振半導体レーザ装置
JP2004072069A (ja) 可変多波長半導体レーザーの共振空洞システム
JP2003043531A (ja) 広帯域波長可変レーザ光発生装置
JP5228616B2 (ja) 波長可変光源
JP2017519367A (ja) レーザデバイス
WO2011008130A2 (ru) Перестраиваемый частотный селектор
Hadjaj et al. Study of a Fabry-Perot resonator
EP3111259A1 (en) Grating mirror
JP2004511914A (ja) 波長可変単一モードレーザ装置
CN112615254A (zh) 可调谐外腔激光器
JP2010272823A (ja) 波長可変光源装置
US9490607B2 (en) External cavity laser with single mode-hop-free tuning
Pervak et al. Design consideration for high damage threshold UV-Vis-IR mirrors
JP2005536897A (ja) 分散要素を有する空洞共振器
JP5384059B2 (ja) ファイバーレーザー共振器およびファイバーレーザー共振器を用いたレーザー発振方法
KR100941152B1 (ko) 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자
Gauthier-Lafaye et al. Graded CRIGF filters for tunable external cavity lasers
JP7033988B2 (ja) 光源モジュール

Legal Events

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

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10800098

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2