Conception du trajet optique d'un laser à fibre polarisée à raie spectrale étroite

Conception du trajet optique d'une fibre polariséelaser à largeur de raie étroite

1. Aperçu

Laser à fibre polarisée à raie spectrale étroite de 1018 nm. La longueur d'onde de fonctionnement est de 1018 nm, la puissance de sortie du laser est de 104 W, les largeurs spectrales à -3 dB et -20 dB sont respectivement d'environ 21 GHz et 72 GHz, le taux d'extinction de polarisation est supérieur à 17,5 dB et la qualité du faisceau est élevée (2 × M – 1,62 et 2 × M).système laseravec une efficacité de pente de 79 % (∼1,63).

2. Description du trajet optique

Dans unlaser à fibre polarisée à raie spectrale étroiteL'oscillateur laser à fibre polarisée linéairement est composé d'une paire de réseaux de Bragg à maintien de polarisation et d'une fibre à maintien de polarisation à double gaine dopée à l'ytterbium (10/125 μm) de 1,5 mètre de long, servant de milieu amplificateur. Le coefficient d'absorption de cette fibre optique à 976 nm est de 5 dB/m. L'oscillateur laser est pompé par un laser à verrouillage de longueur d'onde à 976 nm.laser à semi-conducteurAvec une puissance maximale de 27 W grâce à un combineur de faisceaux (1+1)×1 à maintien de polarité, le réseau à haute réflectivité présente une réflectivité supérieure à 99 % et une bande passante de réflexion à 3 dB d'environ 0,22 nm. Le réseau à faible réflectivité a une réflectivité de 40 % et une bande passante de réflexion à 3 dB d'environ 0,216 nm. Les longueurs d'onde de réflexion centrales des deux réseaux sont de 1018 nm. Afin d'équilibrer la puissance de sortie du résonateur laser et le taux de suppression de l'émission spontanée amplifiée (ASE), la réflectivité du réseau à faible réflectivité a été optimisée à 40 %. La fibre de sortie du réseau à haute réflectivité est fusionnée à la fibre active, tandis que celle du réseau à faible réflectivité est pivotée de 90° et fusionnée à la fibre de sortie du filtre de gaine. Ainsi, la position du pic de réflexion sur l'axe rapide du réseau à haute réflectivité coïncide avec celle du pic de réflexion sur l'axe lent du réseau à faible réflectivité. Ainsi, un seul laser polarisé peut osciller dans la cavité résonante. La lumière de pompe résiduelle dans la gaine de la fibre optique est filtrée par un filtre de gaine conçu sur mesure et intégré à la cavité résonante. L'extrémité de la fibre de sortie est biseautée à 8° afin d'éviter le retour d'énergie et les oscillations parasites.

3. Connaissances de base

Mécanisme de génération des lasers à fibre à polarisation linéaire : du fait de la biréfringence de contrainte, la fibre à maintien de polarisation en forme de poire possède deux axes de polarisation orthogonaux, appelés axe rapide et axe lent. Généralement, l’indice de réfraction de l’axe lent étant supérieur à celui de l’axe rapide, le réseau gravé sur la fibre présente deux longueurs d’onde centrales différentes. La cavité résonante d’un laser à fibre à polarisation linéaire est généralement composée de deux réseaux de maintien de polarisation. Les longueurs d’onde du réseau à faible réflexion et du réseau à forte réflexion correspondent respectivement aux axes rapide et lent. Lorsque la bande passante de réflexion du réseau de maintien de polarisation est suffisamment étroite, les spectres de transmission selon les axes rapide et lent peuvent être séparés, et les deux longueurs d’onde peuvent vibrer au sein de la cavité résonante. Conformément au principe d’oscillation à deux longueurs d’onde du réseau de maintien de polarisation, la méthode de soudage parallèle peut être utilisée pour réaliser ce phénomène. Lors du soudage, les axes de maintien de la polarisation des deux réseaux sont alignés. De cette manière, les deux pics de transmission du réseau à haute réflectivité correspondent à ceux du réseau à faible réflectivité, permettant ainsi l'émission d'un laser à double longueur d'onde.

Dans les systèmes laser à maintien de polarisation, le décalage linéaire est un indicateur important pour évaluer les caractéristiques de sortie des lasers à polarisation linéaire. Généralement, la période d'un réseau à haute réflectance est supérieure à celle d'un réseau à faible réflectance. Pour obtenir un laser à polarisation linéaire avec un PER élevé, il suffit de faire vibrer un seul pic de polarisation. Lorsque l'axe rapide du réseau à faible réflectance est aligné avec l'axe lent du réseau à haute réflectance, la longueur d'onde centrale dans la direction de l'axe rapide du réseau à faible réflectance correspond à celle dans la direction de l'axe lent du réseau à haute réflectance, tandis que le pic de transmission dans la direction de l'axe lent du réseau à faible réflectance ne correspond pas au pic de transmission dans la direction de l'axe rapide du réseau à haute réflectance. De cette manière, un seul pic de transmission peut être déplacé. De même, lorsque l'axe lent d'un réseau à faible réflectance est aligné avec l'axe rapide d'un réseau à haute réflectance, la longueur d'onde centrale de l'axe lent du réseau à faible réflectance correspond à celle de l'axe rapide du réseau à haute réflectance, tandis que le pic de transmission de l'axe rapide du réseau à faible réflectance ne correspond pas à celui de l'axe lent du réseau à haute réflectance. Ainsi, un pic de transmission peut être modulé. Ces deux méthodes permettent d'obtenir une émission laser à polarisation linéaire. Conformément au principe d'oscillation laser à polarisation linéaire monomode du réseau à maintien de polarisation, la méthode de jonction orthogonale peut être employée expérimentalement. Lorsque l'angle de jonction des axes de maintien de la polarisation du réseau à haute réflexion et du réseau à faible réflexion est de 90°, le pic de transmission dans la direction de l'axe lent du réseau à haute réflexion correspond au pic de transmission dans la direction de l'axe rapide du réseau à faible réflexion, et ainsi la sortie d'un laser à fibre polarisé linéairement à longueur d'onde unique peut être réalisée.