8.2.2. ВОЛОКОННЫЕ ВКР-ЛАЗЕРЫ

Важным применением явления ВКР в световодах стало развитие волоконных ВКР-лазеров [31-49]. Такие лазеры не только имеют более низкий порог, чем однопроходное ВКР, но и могут перестраиваться в широком частотном диапазоне На рис. 8.4 схематически показан волоконный ВКР-лазер. Отрезок одномодового световода помещен внутрь резонатора Фабри-Перо, образованного частично отражающими зеркалами Резонатор обеспечивает резонансную частотно-избирательную обратную связь для стоксова излучения, возникающего в световоде благодаря ВКР. Внутрирезонаторная призма позволяет перестраивать длину волны лазерного излучения путем поворота зеркала Порог генерации лазера соответствует мощности накачки, при которой комбинационное усиление за обход резонатора компенсирует потери в резонаторе, состоящие из потерь на зеркалах и потерь при переводе отраженного от зеркал излучения обратно в световод. Если принять потери за обход резонатора равными обычному значению 10 дБ, то пороговым условием будет

где для световода длиной дается уравнением (8.1.7). Если световод не поддерживает поляризацию, то в (8.2.2) понижается вдвое из-за относительной деполяризации волны накачки и стоксовой волны вдоль световода [40]. Сравнение условий (8.1.15) и (8.2.2) показывает, что пороговая мощность накачки в волоконном ВКР-лазере по крайней мере на порядок меньше, чем при однопроходном ВКР.

При первой демонстрации [9] волоконного ВКР-лазера использовался короткий световод и пороговая мощность была

Рис. 8.4. Схема перестраиваемого ВКР-лазера. Зеркала М, и образуют резонатор Фабри Перо. Микролинзы служат для ввода и вывода излучения из световода. Внутрирезонаторная призма обеспечивает перестройку лазера при вращении зеркала

относительно высока (около 500 Вт). В недавних экспериментах [31, 32] использовались световоды большей длины и порог был понижен до уровня 1 Вт. Это позволило получить непрерывный режим работы волоконных ВКР-лазеров в области 0.50 0.53 мкм при постоянной накачке от аргонового лазера. ВРМБ подавлялось благодаря тому, что спектральная ширина многомодовой накачки была много больше ширины линии ВРМБ-усиления (см. разд. 9.1). Использование призмы позволяло перестраивать длину волны лазерного излучения в диапазоне около 10 нм При высоких мощностях накачки в световоде генерировались стоксовы компоненты высших порядков, которые отклонялись призмой. При добавлении в схему отдельных зеркал для каждой стоксовой компоненты можно получить одновременную генерацию на нескольких длинах волн, каждая из которых может перестраиваться поворотом соответствующего зеркала [37]. В другой работе [38] в кольцевом резонаторе были получены пять порядков стоксовых компонент. При накачке от Nd: ИАГ-лазеров волоконные ВКР-лазеры работали в ИК-диапазоне 1,0 1,6 мкм, наиболее подходящем для оптической связи [35, 39]. Была получена также генерация в УФ при накачке эксимерными лазерами [45, 46].

Когда ВКР-лазер накачивается цугом импульсов, каждый стоксов импульс после обхода резонатора должен быть достаточно точно синхронизован с одним из следующих импульсов накачки. Однако добиться такой синхронизации относительно легко. Из множества длин волн, лежащих в широкой полосе ВКР-усидения, в лазере может генерироваться излучение на некоторой длине волны, удовлетворяющей требованию синхронности накачки. Кроме того, длину волны генерации можно подстраивать простым изменением длины резонатора. Этот метод можно считать основанным на временной дисперсии [34], чтобы отличить его от призменной подстройки (см. рис. 8.4), основанной на пространственной дисперсии в призме. Метод временной дисперсии весьма эффективен при перестройке импульсных волоконных ВКР-лазеров в широком диапазоне длин волн. Скорость перестройки можно получить следующим образом. Если длина резонатора меняется на временная задержка должна компенсироваться таким изменением длины волны чтобы выполнялось условие

где длина световода и параметр дисперсии, введенный Разд. 1.2.3. Таким образом, скорость перестройки

связь с взята из выражения (1.2.11). Хотя скорость перестройки

зависит от длины световода и длины волны X, обычно она равна нм/см. В эксперименте [35] была получена скорость перестройки в диапазоне 24 нм при генерации на длине волны 1,12 мкм в световоде длиной 600 м.

Синхронно-накачиваемые волоконные ВКР-лазеры привлекательны для генерации сверхкоротких световых импульсов [47]. Когда такие лазеры накачиваются импульсами длительностью то, вообще говоря, необходимо учитывать эффекты дисперсии групповых скоростей, групповое запаздывание импульсов, ФСМ и ФКМ. Эти эффекты обсуждаются в разд. 8.3, где синхронно накачиваемые волоконные лазеры рассматриваются более подробно в отдельном подразделе. Если импульс ВКР попадает в область отрицательной дисперсии групповых скоростей световода, то солитонные эффекты могут формировать импульсы длительностью и менее. Такие волоконные лазеры иногда называют солитонными ВКР-лазерами, подробно они рассматриваются в разд. 8.4. Другое направление развития волоконных лазеров создание компактных устройств с зеркалами, интегрированными в волоконный резонатор. Один из способов добиться этого [49] замена зеркал на волоконные решеточные отражатели, изготовленные путем травления решетки на сердцевине короткого отрезка световода. Другой путь использование кольцевой конфигурации резонатора [48] на основе волоконной петли со связью через волоконный ответвитель - позволяет получить цельноволоконный кольцевой ВКР-лазер с низким порогом.