[ МОСКОВСКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(государственный университет)
НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ВОЛОКОННОЙ ОПТИКИ
РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
На правах рукописи
СОЛОДЯНКИН МАКСИМ АЛЕКСЕЕВИЧ
ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ УСИЛЕНИЕ И ГЕНЕРАЦИЯ В
ВЫСОКОНЕЛИНЕЙНЫХ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДАХ С
НЕПРЕРЫВНОЙ НАКАЧКОЙ ОТ ВОЛОКОННЫХ
ИСТОЧНИКОВ
Специальность 01.04.21 -лазерная физикаАВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
Москва –
Работа выполнена на кафедре волоконной оптики МФТИ в Научном Центре Волоконной Оптики Российской Академии Наук
Научный руководитель: ДИАНОВ Евгений Михайлович доктор физико-математических наук, академик
Официальные оппоненты: Курков Андрей Семенович доктор физико-математических наук Кулевский Лев Александрович доктор физико-математических наук, профессор
Ведущая организация: Физический Институт им. Н.П.Лебедева Российской академии наук
Защита состоится 6 декабря 2006 г. в 15-00 на заседании диссертационного совета Д212.156.01 в Московском физико-техническом институте, комната 204 НК по адресу: 141700, Московская область, г. Долгопрудный, Институтский пер., д.9, МФТИ.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НЦВО РАН и МФТИ.
Автореферат разослан “” ноября 2006 г.
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук Батурин А.С.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность Окно прозрачности кварцевых световодов значительно шире используемой в настоящий момент спектральной полосы для передачи сигнала и простирается от 1 мкм до 1.8 мкм (по уровню потерь 20 дБ) и полупрозрачной (коэффициент отражения 3 дБ) решетками. Излучение накачки используется в однопроходном режиме. Оно вводится в резонатор со стороны глухой решетки. Выходное излучение параметрического лазера представляет собой совокупность сигнального излучения с длиной волны 1515 нм, холостой волны с длиной волны 1602 нм и остаточного излучения накачки. Спектр выходного излучения представлен на рис. 6а. При оптической мощности накачки внутри высоконелинейного волокна 1.9 Вт на выходе было получено 3 мВт на длине волны 1515 нм и 6 мВт на 1602 нм.
высоконелинейный световод 150м 3мВт сигнал 1515нм 1.9Вт накачка Рис. 4. Схема волоконного однорезонаторного параметрического лазера.
Рис. 5. Схема волоконного двухрезонаторного параметрического лазера.
С целью поднятия эффективности генерации выходного сигнала на 1515 нм была реализована схема, изображенная на рис. 5. К схеме однорезонаторного двухволнового параметрического лазера был добавлен второй глухой резонатор, который запирал холостую волну на 1602 нм в резонаторе. Спектр выходного излучения двухрезонаторного параметрического лазера приведен на рис. 6б.
Оптическая мощность (отн), дБ Рис. 6. Оптический спектр интегрального выходного излучения однорезонаторного параметрического лазера (а) и двухрезонаторного параметрического лазера (б). Вставка в правом верхнем углу рис. (б) – форма спектра линии генерации в линейном масштабе.
Ширина спектральной линии сигнала совпадает с шириной линии глухой Брэгговской решетки и составляет около 0.1 нм. В двухрезонаторной схеме параметрического лазера удалось получить на выходе 25 мВт на длине волны 1515 нм при накачке непрерывным излучением с мощностью 1.5 Вт на длине волны 1557 нм, наклон кривой эффективности генерации составляет 8%.
Таким образом, показана возможность создания нового типа волоконных лазеров непрерывного излучения с длиной волны генерации как короче, так и длиннее волны излучения накачки в любой спектральной области, в которой можно обеспечить фазовый синхронизм оптического параметрического усиления посредством проектирования структуры световода с требуемой дисперсией.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1) Предложена модель процесса оптического параметрического усиления, с помощью которой рассчитывается спектр профиля усиления в реальных одномодовых световодах с одиночной накачкой вблизи длины волны нулевой дисперсии. Модель позволяет учесть вариации внешнего диаметра по длине световода, неизбежно возникающие при его изготовлении. Показано, что указанные вариации необходимо учитывать, так как они приводят к существенному сужению спектра параметрического усиления. Выбран профиль показателя преломления световода, в котором можно получить наиболее широкую полосу усиления при существующих ограничениях технологии изготовления волокна.2) Создана установка, позволяющая измерять параметрическое усиление оптического сигнала в высоконелинейных германосиликатных световодах при непрерывной накачке вблизи длины волны нулевой дисперсии.
Впервые в такой установке в качестве источника накачки использован непрерывный перестраиваемый эрбиевый волоконный лазер. Особенностью этого лазера в указанном приложении являются следующие параметры:
широкий диапазон перестройки (1545-1570 нм), относительно узкая спектральная линия (0.012 нм), большое отношение величины сигнала к уровню спонтанного шума (60 дБ) и большая мощность (до 2.5 Вт).
3) С использованием результатов выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработан одномодовый волоконный световод, с помощью которого достигнуто рекордное значение ширины спектра параметрического усиления. Ширина спектра усиления по уровню 10 дБ при мощности оптической накачки 1.3 Вт составила 60 нм при длине световода 150 м.
4) Реализованы схемы непрерывных параметрических волоконных лазеров с одиночным и двойным резонатором, сформированным Брэгговскими волоконными решетками. В однорезонаторной схеме параметрического лазера при мощности накачки 1.9 Вт получено 3 мВт сигнальной волны и 6 мВт холостой волны с отстройкой между ними 10.6 ТГц; в двухрезонаторной схеме при накачке 1.5 Вт получено 25 мВт сигнальной волны на 1515 нм с отстройкой от накачки на 5.3 ТГц в коротковолновую область спектра. Таким образом, показана возможность создания новых типов непрерывных волоконных источников, основанных на параметрической генерации в высоконелинейных волоконных световодах с большой отстройкой длины волны сигнала от накачки.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. О. Е. Наний, Н. А. Полиектова, М. А. Солодянкин, «Ширина полосы усиления волоконно-оптического параметрического усилителя», Электросвязь, № 12, стр. 43-45, 2005.2. Н. А. Казанцева, О. Е. Наний, М. А. Солодянкин, «Усовершенствование модели волоконно-оптического параметрического усилителя», стр. 138, Сборник трудов межрегиональной научной школы для студентов и аспирантов «Материалы нано-, микро- и оптоэлектроники: физические свойства и применение», Саранск, издательство мордовского университета, 2004.
3. О.Е. Наний, Н.А.Казанцева, М.А. Солодянкин, «Оптимизация модели параметрического усилителя», Вестник Московского Университета, Серия Физика. Астрономия, № 6, стр. 34-36, 2006.
4. M. A. Solodyankin, A. N. Guryanov, N. A. Kazantseva, V. F. Khopin, M. M.
Bubnov, M. E. Likhachev, E. M. Dianov, “Continuous-wave broadband fiber optical parametric amplifier based on 150 m of HNLF pumped with fiber laser”, Laser Physics Letters, vol. 2,№ 4, pp. 190-193, 2005.
5. M. A. Solodyankin, O. I. Medvedkov, E. M. Dianov, “Double and Single Cavity CW All-fiber Optical Parametric Oscillators at 1515 nm with Pump at 1557 nm.”, ECOC ‘05, Glasgow, UK, Mo 3.4.6, Conference Proc. vol. 1, pp. 47-48, 2005.
«