5.3. СОЛИТОННЫЕ ЛАЗЕРЫ

Интересным и полезным использованием возможности волоконных световодов формировать солитоны является разработка солитонных лазеров [57 59]. Основная идея - использование волоконного световода для осуществления синхронной подачи части энергии обратно в резонатор лазера, работающего в режиме синхронизации мод. Поскольку световод изменяет форму импульса, формируя в зависимости от пиковой мощности фундаментальный солитон или солитон высшего порядка, инжектируемый импульс отличается по форме от импульса, генерируемого самим лазером. После нескольких циклов формируется стационарное состояние, в котором импульсы являются солитонами данного световода. Длительностью импульсов

Рис. 5.8. Схема солитонного лазера. черкала со 100%-ным отражением, -зеркало с отражением Пластинка служит для деления пучка и имеет пропускание Двулучепреломляющие пластинки В используются для перестройки длины волны лазера. Микроскопические объективы и используются для ввода излучения в отрезок одномодового поддерживающего поляризацию световода [57].

можно управлять, изменяя длину световода. При этом их длительность может быть гораздо меньше, чем в случае одного лазера без световода. Используя данный метод, можно получить импульсы длительностью

В первой экспериментальной реализации солитонного лазера Молленауэр и Столен [57] связали резонатор синхронно накачиваемого лазера на центрах окраски с синхронизацией мод с другим резонатором, содержащим отрезок одномодового световода, под держивающего поляризацию. На рис. 5.8 изображена схема экспериментальной установки. При отсутствии волоконного резонатора сам лазер на центрах окраски генерирует импульсы длительностью (длительность на полувысоте по интенсивности), перестраиваемые в диапазоне 1,4-1,6 мкм. Тем не менее, когда для обеспечения синхронной обратной связи используется волоконный световод, длительность лазерных импульсов сокращается в зависимости от длины световода до Автокорреляционные измерения показывают, что импульсы имеют форму, близкую к гиперболическому секансу; это подтверждает, что в световоде импульсы являются солитонами.

Дальнейшие измерения показали, что солитонный лазер работает так, что в световоде распространялись солитоны второго порядка а не фундаментальные солитоны. Длина световода составляла примерно так что входной импульс восстанавливается после одного полного обхода по световоду. На рис. 5.9 показано измеренное изменение длительности импульсов (кружки) в зависимости от длины световода. Сплошная линия показывает зависимость из уравнения (5.2.19); использовано значение Штриховой линией показано значение пиковой мощности двухсолитонного импульса рассчитанное по формуле

Рис. 5.9. Зависимость длительности импульса от длины волны световода (кружки). Сплошная линия швисимость от (теория). Штриховая линия зависимость пиковой мощности двухсолитонного импульса от его длительности. Точки полученные из эксперимента значения

(5.2.16). Экспериментальные значения (точки) находятся в хорошем согласии с предсказанием теории солитонов.

Для теоретического описания работы солитонного лазера используют теорию синхронизации мод и теорию солитонов. В приближении [38] солитонный лазер (см. рис. 5.8) рассматривался как однорезонаторное устройство. Хотя эта модель смогла объяснить многие особенности эксперимента, она оказалась не полностью удовлетворительной. В частности, эта модель требовала, чтобы длина световода была равна периоду солитона в то время как экспериментально было найдено [58], что может быть в целое число раз меньше По-видимому, для теоретического моделирования работы солитонного лазера необходимо использовать приближение связанных резонаторов, хотя данный метод требует значительных численных расчетов [60-62]. В другом приближении [63] солитонный лазер рассматривался как лазер с синхронизацией мод за счет инжектируемой затравки.

Что же касается экспериментов, то стабильность работы солитонного

лазера была значительно улучшена благодаря использованию петли обратной связи с сервоуправлением, при помощи которой осуществлялась динамическая подстройка длины резонатора. При этом поддерживалась постоянной фаза излучения, направляемого обратно в лазерный резонатор [58]. Такая схема стабилизации сделала солитонный лазер надежным лабораторным устройством.

Длительность импульсов солитонного лазера зависит от таких параметров световода, как его длина и значение дисперсии групповых скоростей на рабочей длине волны. Для обычных световодов, имеющих в области 1,55 мкм, период солитона для -пикосекундных импульсов составляет величину см, и поэтому трудно получить импульсы короче. Тем не менее при использовании световода с плоской дисперсионной характеристикой в диапазоне длин волн 1,4 1,6 мкм длительность импульсов, генерируемых солитонным лазером, составила 50 фс [59].