עיצוב נתיב אופטי של לייזר בעל רוחב קו צר של סיבים מקוטבים

עיצוב נתיב אופטי של סיב מקוטבלייזר ברוחב קו צר

1. סקירה כללית

לייזר סיב מקוטב צר-קו רוחב 1018 ננומטר. אורך הגל העבודה הוא 1018 ננומטר, הספק המוצא של הלייזר הוא 104 וואט, רוחבי הספקטרלים של 3 dB ו-20 dB הם ~21 GHz ו-~72 GHz בהתאמה, יחס הכחדת הקיטוב הוא >17.5 dB, ואיכות הקרן גבוהה (2 x M – 1.62 ו-2 y M).מערכת לייזרעם יעילות שיפוע של 79% (כ-1.63).

2. תיאור נתיב אופטי

ב-לייזר סיבים מקוטבים ברוחב קו צר, מתנד לייזר הסיבים המקוטבים ליניארית מורכב מזוג סריגי סיבים לשמירה על קיטוב וסיב שומר קיטוב כפול מסומם איטרביום באורך 1.5 מטר כתווך הגברה. מקדם הבליעה של סיב אופטי זה באורך גל של 976 ננומטר הוא 5 dB/m. מתנד הלייזר נשאב על ידי סיב אופטי נעול באורך גל של 976 ננומטר.לייזר מוליך למחצהעם הספק מקסימלי של 27 וואט דרך משלב אלומה (1+1)×1 לשמירת קוטביות. לסריג ההחזרה הגבוהה יש רפלקטיביות של מעל 99%, ורוחב הפס של ההחזרה של 3 dB הוא כ-0.22 ננומטר. ההחזרה הנמוכה של הסריג היא 40%, ורוחב הפס של ההחזרה של 3 dB הוא כ-0.216 ננומטר. אורכי הגל של ההחזרה המרכזיים של שני הסריגים הם 1018 ננומטר. כדי לאזן את הספק המוצא של מהוד הלייזר ואת יחס דיכוי ה-ASE, ההחזרה הנמוכה של הסריג עברה אופטימיזציה ל-40%. סיב הזנב של סריג ההחזרה הגבוהה מחובר לסיב ההגבר, בעוד שסיב הזנב של סריג ההחזרה הנמוכה מסובב ב-90° ומחובר לסיב הזנב של מסנן החיפוי. לפיכך, מיקום השיא של אורך הגל של ההחזרה בציר המהיר של סריג ההחזרה הגבוהה תואם את אורך הגל של ההחזרה בציר האיטי של סריג ההחזרה הנמוכה. בדרך זו, רק לייזר מקוטב אחד יכול להתנדנד בחלל התהודה. אור המשאבה הנותר בציפוי הסיב האופטי מסונן על ידי מסנן ציפוי תוצרת בית המותך לחלל התהודה, וצמת הפלט משופעת ב-8 מעלות כדי למנוע משוב של פני הקצה ותנודה טפילית.

3. ידע רקע

מנגנון היצירה של לייזרי סיבים מקוטבים ליניאריים: עקב שבירה כפולה של מאמץ, לסיב שומר הקיטוב בצורת אגס יש שני צירי קיטוב אורתוגונליים, המכונים ציר מהיר וציר איטי. באופן כללי, מכיוון שמקדם השבירה של הציר האיטי גדול מזה של הציר המהיר, לסריג הכתוב על סיב שומר הקיטוב יש שני אורכי גל מרכזיים שונים. חלל התהודה של לייזר סיבים מקוטב ליניארי מורכב בדרך כלל משני סריגים שומרי קיטוב. אורכי הגל של סריג ההשתקפות הנמוכה וסריג ההשתקפות הגבוהה על הציר המהיר והציר האיטי תואמים בהתאמה. כאשר רוחב הפס של ההחזרה של סריג שומר הקיטוב צר מספיק, ניתן להפריד בין ספקטרום ההעברה בכיווני הציר המהיר והציר האיטי, ושני אורכי הגל יכולים לרטוט בתוך חלל התהודה. על פי עקרון תנודת אורך הגל הכפול של סריג שומר הקיטוב, בניסוי, ניתן לאמץ את שיטת הריתוך המקבילית כדי להשיג זאת. במהלך הריתוך, צירי שמירת הקיטוב של שני הסריגים מיושרים. בדרך זו, שני שיאי ההעברה של הסריגים בעלי ההחזרה הגבוהה תואמים לאלה של הסריגים בעלי ההחזרה הנמוכה, וכך ניתן להשיג פלט לייזר בעל אורכי גל כפולים.

במערכות לייזר אמיתיות לשמירה על קיטוב, הטיה ליניארית היא אינדיקטור חשוב להערכת מאפייני הפלט של לייזרים מקוטבים ליניארית. באופן כללי, תקופת המחזור של סריג בעל החזרה גבוהה גדולה מזו של סריג בעל החזרה נמוכה. כדי להשיג לייזר מקוטב ליניארית עם ערך PER גבוה, רק שיא קיטוב אחד צריך לרטוט. כאשר הציר המהיר של סריג בעל החזרה נמוכה נמצא לאורך הציר האיטי של סריג בעל החזרה גבוהה, אורך הגל המרכזי בכיוון הציר המהיר של סריג בעל החזרה נמוכה מתאים לזה בכיוון הציר האיטי של סריג בעל החזרה גבוהה, בעוד ששיא ההעברה בכיוון הציר האיטי של סריג בעל החזרה נמוכה אינו מתאים לשיא ההעברה בכיוון הציר המהיר של סריג בעל החזרה גבוהה. בדרך זו, ניתן לרטוט שיא העברה אחד. באופן דומה, כאשר הציר האיטי של סריג בעל החזרה נמוכה נמצא לאורך הציר המהיר של סריג בעל החזרה גבוהה, אורך הגל המרכזי של הציר האיטי של סריג בעל החזרה נמוכה תואם לזה של הציר המהיר של סריג בעל החזרה גבוהה, בעוד ששיא ההעברה של הציר המהיר של סריג בעל החזרה נמוכה אינו תואם לזה של הציר האיטי של סריג בעל החזרה גבוהה. בדרך זו, ניתן גם לרטוט שיא העברה אחד. שתי השיטות הנ"ל יכולות להשיג פלט לייזר מקוטב ליניארי. על פי עקרון תנודת הלייזר המקוטב ליניארי באורך גל יחיד של סריג שומר הקיטוב, בניסוי, ניתן לאמץ את שיטת השחבור האורתוגונלית כדי להשיג זאת. כאשר זווית השחבור של צירי שמירת הקיטוב של סריג ההחזרה הגבוהה וסריג ההחזרה הנמוכה היא 90°, שיא ההעברה בכיוון הציר האיטי של סריג ההחזרה הגבוהה תואם לשיא ההעברה בכיוון הציר המהיר של סריג ההחזרה הנמוכה, וכך ניתן לממש את הפלט של לייזר סיבים מקוטב ליניארי באורך גל יחיד.