8.2. КВАЗИНЕПРЕРЫВНОЕ ВКР

После первого наблюдения в световодах широко проводились исследования ВКР при накачке импульсами длительностью 100 нс, что соответствует квазинепрерывному режиму [15 30]. Параллельно проводились работы по многопроходному ВКР, когда световод, помещенный внут резонатора, образует перестраиваемый ВКР-лазер [31 49] Третье направление использование ВКР для усиления сигналов и создание в итоге волоконных ВКР-усилителей [50 70]. В этом разделе обсуждаются все три направления исследований ВКР в световодах. В отдельном подразделе рассматривается также применение ВКР-усиления для многоканальных систем оптической связи.

8.2.1. ОДНОПРОХОДНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ СТОКСОВЫХ КОМПОНЕНТ

Первая экспериментальная демонстрация в световодах была проведена в видимой области при накачке импульсами второй гармоники Nd: ИАГ-лазера на длине волны 532 нм. Для генерации стоксова излучения на 545 нм в одномодовом световоде длиной с диаметром сердцевины 4 мкм требовалась накачка мощностью

около 75 Вт. В последующих экспериментах [16, 18] для генерации ВКР использовались импульсы ИК-излучения ИАГ-лазера длительностью 150 не на длине волны 1.06 мкм. В одном из экспериментов [18] стоксова линия первого порядка на 1,12 мкм наблюдалась при мощности накачки 70 Вт. Стоксовы линии высших порядков возникали при более высоких мощностях накачки, когда мощность стоксовой компоненты становилась достаточной для накачки компоненты следующего порядка. На рис. 8.2 показан спектр при накачке мощностью с отчетливо различными пятью стоксовыми линиями. Каждая следующая стоксова линия шире предыдущей. Такое уширение, обусловленное конкурирующими нелинейными процессами, препятствует генерации стоксовых линий высших порядков. Недавние эксперименты показали, что в видимой области возможна генерация стоксовых линий вплоть до порядка [21, 22].

В этих экспериментах не делалось попыток измерить спектр каждой стоксовой линии с высоким разрешением. В недавней работе [27] для изучения развития процесса ВКР в кварцевых световодах изучалась форма стоксовой компоненты первого порядка, полученной при распространении по световоду длиной 100 м импульсов накачки длительностью 1 не от аргонового лазера с синхронизацией мод . На рис. 8.3 показаны спектры, наблюдавшиеся при трех уровнях мощности накачки. На всех спектрах заметны два пика широкий на и узкий на При увеличении мощности накачки пиковая мощность широкой линии достигает насыщения, в то время как узкий пик продолжает

Рис. 8.2. Спектр ВКР с пятью стоксовыми компонентами при накачке импульсами на длине волны 1.06 мкм. Вертикальная линия показывает выходную мощность излучения накачки. Пиковая мощность измерялась после монохроматора с разрешением 1,5 нм [18].

Рис. 8.3. Зависимость спектра стоксовой линии первого порядка от средней мощности накачки. Пиковая мощность накачки приблизительно в 12 раз превышает среднюю, а стоксовы спектры при трех мощностях накачки; зависимость мощностей пиков спектра стоксовой линии от мощности накачки [27].

возрастать. Эти изменения также показаны на рис. 8.3.

Двухпиковая структура спектра ВКР становится понятной, если обратить внимание на то, что основной пик спектра комбинационного усиления на рис. 8.1 в действительности состоит из двух пиков, положение которых точно соответствует пикам спектра ВКР на рис. 8.3. Подробная численная модель (в которой учитывается форма спектра комбинационного усиления и эффекты как вынужденного, так и спонтанного предсказывает форму линии, соответствующую результатам эксперимента [27]. Качественно описать процесс можно следующим образом. За счет спонтанного КР происходит генерация излучения во всей полосе комбинационного усиления. После прохождения отрезка световода эти слабые сигналы усиливаются с соответствующими коэффициентами усиления и к ним добавляется спонтанное излучение на данном отрезке. При небольших мощностях накачки спектр стоксова излучения выглядит как спектр КР, искаженный процессом экспоненциальног о усиления, т. е.

При увеличении мощности накачки компонента с отстройкой как более высокочастотная, может служить накачкой Для ВКР-усиления низкочастотной компоненты, отстроенной на Это в точности соответствует картине рис. 8.3. В конце концов мощность стоксова излучения становится достаточной для накачки стоксовой компоненты второго порядка. Данная модель построена в приближении постоянной накачки, однако она достаточно точна для качественного объяснения графиков на рис. 8.3, поскольку для импульсов длительностью не дисперсионные эффекты

незначительны. Когда используются импульсы накачки короче 1 не, I становится необходимым учет дисперсионных эффектов, в частности группового запаздывания, приводящего к разбеганию импульсов. I Эти эффекты рассмотрены в разд. 8.3.