Волоконный лазер

ВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕР, твердотельный лазер, активной средой которого является волоконный световод (ВС). Сердцевина такого световода либо легирована ионами переходных металлов, в том числе редкоземельных (Yb³⁺, Nd³⁺, Еr³⁺ и др.), либо обладает нелинейными свойствами, необходимыми для реализации оптического усиления за счёт вынужденного рассеяния света или параметрического взаимодействия волн. Схема волоконного лазера представлена на рисунке 1.

Волноводные свойства ВС позволяют легко получить одномодовые режимы генерации волоконного лазера. Применение волоконных брэгговских решёток показателя преломления (смотри Волоконная оптика) или волоконных ответвителей для создания обратной связи позволяет создавать волоконные резонаторы с очень низкими потерями энергии (около 1% за обход). Реализованы схемы импульсных волоконных лазеров в режимах модуляции добротности и синхронизации мод. Волоконные лазеры могут генерировать последовательность импульсов (солитонов) длительностью около 30 фс с энергией около 1 нДж. Большие длины ВС и низкие потери энергии делают возможным создание многокаскадных волоконных лазеров на эффекте вынужденного комбинационного рассеяния, способных преобразовывать энергию накачки в энергию генерируемого излучения с высоким кпд. Такие лазеры могут создавать одномодовое излучение мощностью порядка 1 Вт и более практически на любой длине волны в диапазоне прозрачности ВС от 1,1 до 2,2 мкм.

Излучение накачки можно вводить как непосредственно в сердцевину ВС, так и в первую оболочку световода, которая в этом случае представляет собой многомодовый ВС (рис. 2). Ввод накачки в первую оболочку световода волоконного лазера позволяет использовать многомодовые лазерные диоды для накачки мощных одномодовых лазеров на редкоземельных ионах. Реализованы одномодовые непрерывные волоконные лазеры с выходной мощностью порядка 1 кВт и многомодовые волоконные лазеры мощностью 20 кВт на световодах на основе плавленого кварца, легированного иттербием (длина волны λ≈1,1 мкм). Созданы неодимовые (λ≈1,06 мкм), эрбиевые (λ≈1,55 мкм) и тулиевые (λ≈2 мкм) волоконные лазеры с выходной мощностью порядка сотен ватт.

Применение флюоридных световодов в качестве матрицы для введения ионов редкоземельных металлов позволяет расширить диапазон генерируемого излучения волоконных лазеров от 0,4 до 4 мкм.

Лит.: Дианов Е.М. Волоконные лазеры // Успехи физических наук. 2004. Т. 174. № 10.