Волоконный лазер

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники НАН Беларуси(72) Авторы Пилипович Владимир Антонович Есман Александр Константинович Гончаренко Игорь Андреевич Кулешов Владимир Константинович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники НАН Беларуси(57) 1. Волоконный лазер, содержащий широкополосную волоконную Брегговскую решетку, активный элемент, перестраиваемую Брегговскую решетку, оптически связанные между собой источник накачки и мультиплексор, отличающийся тем, что содержит формирователь управляющих напряжений и элемент изменения оптической длины резонатора,оптически связанный с перестраиваемой Брегговской решеткой и активным элементом,который через широкополосную Брегговскую решетку оптически связан с мультиплексором, причем формирователь управляющих напряжений электрически соединен с перестраиваемой Брегговской решеткой и элементом изменения оптической длины резонатора, период изменения напряжения Тэ на котором равен э где Т - период управляющего напряжения на входе перестраиваемой Брегговской решетки- длина резонатора волоконного лазера э - длина элемента изменения оптической длины резонатора при амплитуде управляющего напряженияна входе перестраиваемой Брегговской решетки 5611 1-(2/2433),где- длина волны излучения волоконного лазера- период перестраиваемой Брегговской решетки в исходном состояниии 33 - соответственно показатель преломления и электрооптический коэффициент материала, из которого выполнены электрически управляемый элемент элемента изменения оптической длины резонатора и электрически управляемый элемент с выполненной перестраиваемой Брегговской решеткой- ширина волновода в электрически управляемом элементе элемента изменения оптической длины резонатора и в электрически управляемом элементе с выполненной перестраиваемой Брегговской решеткой. 2. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что перестраиваемая Брегговская решетка выполнена на электрически управляемом волноводе в электрооптическом кристалле, а элемент изменения оптической длины резонатора выполнен в виде электрически управляемого волновода в электрооптическом кристалле. 3. Лазер по п. 2, отличающийся тем, что элемент изменения оптической длины резонатора выполнен внутри электрически управляемого отрезка электрооптического волокна,а элемент изменения оптической длины резонатора выполнен в виде электрически управляемого отрезка электрооптического волокна. Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано для создания элементной базы волоконно-оптических систем обработки и передачи информации. Известен волоконный кольцевой лазер 1, содержащий оптически последовательно связанные источник накачки, мультиплексор, активный элемент, первый изолятор, широкополосный перестраиваемый фильтр Фабри-Перо, второй изолятор, ответвитель, поляризационный контроллер, узкополосный фильтр Фабри-Перо, поляризатор, третий изолятор,активный элемент, замыкающий кольцо лазера. Данный волоконный лазер не позволяет непрерывно изменять длину волны выходного излучения, т.к. спектр пропускания узкополосного фильтра Фабри-Перо в процессе работы лазера постоянен. Наиболее близким по технической сущности является волоконный лазер 2, содержащий оптически последовательно связанные широкополосную волоконную Брэгговскую решетку, мультиплексор, активный элемент, перестраиваемую брэгговскую решетку, причем мультиплексор оптически связан с источником накачки. Описанное устройство не позволяет непрерывно изменять длину волны выходного излучения, т.к. модовый состав частот, на которых возможна генерация в процессе его работы является постоянным. Техническая задача - получение непрерывной перестройки длины волны выходного излучения одночастотного волоконного лазера. 2 5611 1 Поставленная техническая задача в заявленном устройстве решается тем, что в волоконный лазер, содержащий широкополосную волоконную брэгговскую решетку, активный элемент, перестраиваемую брэгговскую решетку, оптически связанные между собой источник накачки и мультиплексор введены формирователь управляющего напряжения и элемент изменения оптической длины резонатора, оптически связанный с перестраиваемой брэгговской решеткой и активным элементом, который через широкополосную брэгговскую решетку оптически связан с мультиплексором, причем формирователь управляющих напряжений электрически соединен с перестраиваемой брэгговской решеткой и элементом изменения оптической длины резонатора, период изменения напряжения Тэ на котором равен где Тр - период управляющего напряжения на входе перестраиваемой брэгговской решетки,- длина резонатора волоконного лазера, э - длина элемента изменения оптической длины резонатора при амплитуде управляющего напряженияна входе перестраиваемой брэгговской решетки где- длина волны излучения волоконного лазера,- период перестраиваемой брэгговской решетки в исходном состоянии, , 33 соответственно показатель преломления и электрооптический коэффициент материала, из которого выполнены элекрически управляемый элемент элемента изменения оптической длины резонатора и электрически управляемый элемент с выполненной перестраиваемой брэгговской решеткой,- ширина волновода в электрически управляемом элементе элемента изменения оптической длины резонатора и электрически управляемом элементе с выполненной перестраиваемой брэгговской решеткой. Эффективное решение поставленной задачи достигается за счет того, что элемент изменения оптической длины резонатора выполнен в виде электрически управляемого волновода в электрооптическом кристалле. При выполнении элемента изменения оптической длины резонатора в виде электрически управляемого отрезка электрооптического волокна уменьшаются потери излучения в резонаторе лазера. Непрерывная перестройка длины волны выходного излучения лазера в предлагаемом изобретении достигается за счет того, что одновременно с изменением спектра пропускания перестраиваемой брэгговской решетки есть возможность изменять оптическую длину резонатора, т.е. его модовый состав. Кроме того, существенное уменьшение длины резонатора позволяет сделать выходное излучение волоконного лазера одночастотным, а время изменения длины волны выходного излучения, которое в данном устройстве определяется временем прохода света вдоль резонатора, составляет меньше 1 нс. Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, 2. На фиг. 1, 2 приведена блок-схема заявляемого устройства, где 1 - источник накачки, 2 - мультиплексор, 3 - широкополосная волоконная брэгговская решетка, 4 - активный элемент, 5 - элемент изменения оптической длины резонатора, 6 - перестраиваемая брэгговская решетка, 7 - формирователь управляющих напряжений. В заявленном устройстве (фиг. 1) источник накачки 1 через мультиплексор 2, широкополосную брэгговскую решетку 3, активный элемент 4, элемент изменения оптической длины резонатора 5 оптически связан с перестраиваемой брэгговской решеткой 6, которая соединена с формирователем управляющих напряжений 7, последний соединен с элементом изменения оптической длины резонатора 5. В конкретном исполнении источник накачки 1 - это лазерный диод на длину волны 0,9 мкм мультиплексор 2 - это волоконный объединитель на длину волны 0,9 мкм широ 3 5611 1 кополосная Брэгговская решетка 3 - это фоторефрактивная дифракционная решетка с периодом 0,54 мкм, записанная с помощью ультрафиолетового излучения активный элемент 4 - это отрезок волокна, легированный ионами эрбия иттебрия с концентрацией 175014000 ррм, элемент изменения оптической длины резонатора 5 - оптический одномодовый волновод, полученный в кристалле 3 путем диффузиии с напыленными вдоль волновода электродами (фиг. 1) или отрезок электрооптического волокна с расположенными вдоль него электродами (прижатыми к нему, фиг. 2) перестраиваемая брэгговская решетка 6 - это дифракционная решетка, записанная на одномодовом оптическом волноводе в виде периодического изменения показателя преломления по длине волновода с периодом 0,35 мкм, электроды управления функцией пропускания дифракционной решетки расположены вдоль указанного выше волновода, управляющее напряжение 5 В при ширине волновода 10 мкм (фиг. 1) для второго волоконного варианта выполнения элемента изменения оптической длины резонатора 5, перестраиваемую брэгговскую решетку выполняют в электрооптическом волокне в виде периодических вариаций коэффициента преломления (фиг. 2), формирователь управляющих напряжений 7 состоит из двух синхронно работающих генераторов, соотношение периодов и амплитуд выходных сигналов которых задается параметрами резонатора волоконного лазера (1). Работает волоконный лазер следующим образом. Непрерывный оптический сигнал с выхода источника накачки 1 через мультиплексор 2, не попадая в спектральный интервал функции отражения широкополосной брэгговской решетки 3, проходит через указанную решетку и поступает в активный элемент 4, где переводит ионы эрбия в возбужденное состояние. Широкополосная брэгговская решетка 3 вместе с перестраиваемой брэгговской решеткой 6 образуют лазерный резонатор, в котором при достаточной степени накачки возникает когерентное излучение, частота которого определяется, во-первых, оптической длиной резонатора лазера, а во-вторых, функцией отражения перестраиваемой Брэгговской решетки 6, в то время как функции усиления активного элемента 4 и отражения широкополосной брэгговской решетки 3 полностью перекрывают диапазон изменения частоты выходного излучения волоконного лазера. Для того, чтобы реализовать непрерывные по величине вариации выходной частоты волоконного лазера с фиксированной выходной мощностью, необходимо одновременно с изменением оптической длины резонатора лазера производить сдвиг функции отражения перестраиваемой брэгговской решетки 6, т.е. синхронно изменять управляющие напряжения как на элементе изменения 5, так и в перестраиваемой брэгговской решетке 6, которые поступают с выходов формирователя управляющего напряжения 7. Время перестройки выходной частоты описанного волоконного лазера определяется временем прохода излучения вдоль резонатора, что при его длине 10 см. составляет менее одной наносекунды, т.к. в электрооптических волноводах элемента изменения оптической длины резонатора 5 и перестраиваемой брэгговской решетки 6 в обоих вариантах исполнения временные задержки изменения оптической длины резонатора 5 и вариаций периода перестраиваемой брэгговской решетки 6, определяющего спектр ее отражения -составляют единицы пикосекунд. В предлагаемом изобретении при синхронном изменении напряжения на перестраиваемой брэгговской решетке 6 и элементе изменения оптической длины резонатора 5 происходит непрерывное изменение длины волны выходного излучения, которое, благодаря существенному уменьшению длины резонатора, стало одночастотным. Кроме того,уменьшение длины резонатора позволило существенно уменьшить время перестройки частоты волоконного лазера. Источники информации 1. Патент США 5504771. 2. .- 1999. - . 24. -9. - С. 614. 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.