Иттербиевый волоконный лазер

Внедрение: 2009 г.

Новосибирские учёные применили модуль E14‑440 для измерения отклонения частоты генерации лазера.

Представленный в научной работе [1] иттербиевый волоконный лазер с распределенной обратной связью обеспечивает генерацию одночастотного излучения на длине волны 1093 нм, а двухкаскадный волоконно-оптический усилитель увеличивает выходную мощность до 1 Вт. Для демонстрации возможности стабилизации частоты генерации источника осуществлена ее привязка по склону пика пропускания интерферометра Фабри-Перо, при этом отработка частотных возмущений осуществлялась управлением мощностью накачки задающего лазера. Для определения спектральных характеристик источника были измерены спектры частотных шумов и установлено, что при активной стабилизации частоты излучения лазера остаточная ширина линии генерации менее 1 кГц.

Рисунок 1. Схема волоконного источника одночастотного лазерного излучения: ССР – спектрально-селективный разветвитель; ОМЛД и ММЛД – одномодовый и многомодовые лазерные диоды; ВОИ – нечувствительные к поляризации волоконно-оптические изоляторы; Р – контрольные разветвители с малым коэффициентом деления; ИВУ – иттербиевые волоконные усилители; КП – контроллер поляризации; К – коллиматор; И – воздушный изолятор; Л – согласующая линза; 3 – зеркала; ИФП – интерферометр Фабри-Перо; ФД – фотодиоды; ДУ – дифференциальный усилитель; АЦП – аналого-цифровой преобразователь; АПЧ – блок автоматической подстройки частоты.

Важнейшими параметрами лазера для спектроскопических и метрологических применений являются ширина линии генерации, определяющаяся остаточными флуктуациями частоты, и спектр частотных возмущений – характеристика, которая дает больше информации о работе системы АПЧ и позволяет анализировать причины уширения линии излучения. В данной работе изучалась стабильность частоты генерации лазера относительно выбранного эталона, получение предельной абсолютной стабильности частоты не входило в задачи исследования.

При стабилизации частоты генерации лазера по склону пика пропускания интерферометра Фабри-Перо остаточные частотные возмущения переходят во флуктуации мощности на выходе интерферометра, что дает возможность определить перечисленные выше характеристики. Коэффициент пропорциональности между изменением мощности и отклонением частоты был рассчитан по крутизне спектра пропускания интерферометра в точке стабилизации. Поведение мощности излучения на выходе интерферометра во времени, соответствующее отклонению частоты генерации лазера, записывалось АЦП L‑Card Е14‑440 с частотой дискретизации 100 кГц, что позволило измерить спектральные возмущения до частоты 50 кГц. Разработанное программное обеспечение давало возможность в режиме реального времени контролировать спектр частотных шумов.

Рисунок 4. Спектральная плотность мощности частотных шумов 2S_f волоконного РОС-лазера при малой полосе АПЧ (1), с усилителем при малой полосе АПЧ (2) и при увеличенной полосе АПЧ (3).

Рисунок 5. Восстановленный спектр генерации РОС-лазера: профиль линии задающего лазера (1), аппроксимация лоренцианом (2), спектр источника при включенном усилителе (5), спектр при включенном усилителе после цифровой фильтрации сетевых гармоник 100, 200 и 300 Гц (4).

Специфическая длина волны генерации лазера и мощность источника позволяют использовать его для накачки параметрического генератора и получать, таким образом, узкополосное излучение в области 3.28 мкм, что соответствует линии метана R(2) ν₃. Выполненное исследование показало, что разработанный источник одночастотного излучения обладает характеристиками, необходимыми для его применения как в спектроскопии, так и при создании оптического стандарта частоты нового поколения, который основан на переходах в спектре метана. Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ, интеграционной программы СО РАН, ОФН и президиума РАН, гранта Президента РФ государственной поддержки ведущих научных школ (№ НШ‑1527.2008.2), а также РФФИ (грант № 06‑02‑16989).
 

Источник:
Никулин М.А., Бабин С.А., Дмитриев А.К, Дычков А.С., Каблуков С.И., Луговой А.А., Печерский Ю.Я. Иттербиевый волоконный лазер с распределенной обратной связью с низким уровнем частотных шумов // Квантовая электроника. – 2009. – Т. 39, № 10. – С.906‑910.

Разработчик: М.А.Никулин, С.А.Бабин, С.И.Каблуков (НГУ, ИАиЭ СО РАН), А.К.Дмитриев, А.С.Дычков, А.А.Луговой (ИЛФ СО РАН), Ю.Я.Печерский (ИФП)