9.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Результаты экспериментов по ВРМБ можно классифицировать так же. как это делалось в разд. 8.2 для ВКР, разбив их на три категории: а) однопроходное ВРМБ-лазеры и в) волоконные ВРМБ-усилители. Они будут рассмотрены в трех соответствующих подразделах.

9.3.1. ОДНОПРОХОДНЫЕ ВРМБ

В первом эксперименте, где наблюдалось ВРМБ в световодах, Иппен и Столен [6] использовали в качестве накачки излучение импульсного ксенонового лазера с длиной волны 535,5 нм. Использование внутрирезонаторного эталона позволило получить спектральную ширину накачки меньше ширины линии ВРМБ-усиления (около 100 МГц). Из-за больших потерь (около 1300 дБкм) в эксперименте использовались только короткие отрезки световода . Измеренный порог ВРМБ составил для световода длиной и около для что хорошо согласуется с (9.2.6) при ВРМБ-смещение также согласуется с уравнением (9.1.4).

На рис. 9.7 показаны типичные формы импульсов начального

Рис. 9.7. Форма импульса накачки на входе и выходе световода (а) и стоксова импульса (б) при ВРМБ в световоде длиной Горизонтальная шкала - 200 нс на деление, вертикальная шкала произвольная [6].

и прошедшего через световод импульсов накачки и стоксова импульса при ВРМБ в световоде длиной 5,8 м. Периодическая структура связана с релаксационными колебаниями, природа которых обсуждалась в разд. 9.2.3. Период колебаний около 60 не соответствует двойному времени распространения по световоду, как и предсказывает теория [22]. Стоксов импульс короче импульса накачки, так как ВРМБ преобразует энергию только центральной части импульса накачки, где пиковая мощность превышает порог ВРМБ. В результате пиковая мощность стоксова импульса может превышать начальную пиковую мощность импульса накачки. Если пиковая мощность стоксова импульса значительно превышает начальную мощность накачки, то ВРМБ может привести к разрушению световода [6].

В большинстве ранних экспериментов порог ВРМБ был относительно высоким из-за больших потерь. Как уже говорилось в разд. 9.2.1, при использовании световодов большой длины с малыми потерями порог ВРМБ может составить лишь 1 мВт.

В эксперименте [29] со световодом длиной 4 км с потерями порог ВРМБ при накачке с длиной волны 0,71 мкм от одночастотного кольцевого лазера на красителе составил 30 мВт. В недавнем эксперименте [30] при накачке непрерывным Nd: ИАГ-лазером на длине волны 1,32 мкм порог ВРМБ был понижен до 5 мВт. Ширина спектра накачки (1,6 МГц) была существенно меньше ширины линии ВРМБ-усиления. В эксперименте использовался световод длиной 13,6 км с потерями что соответствует эффективной длине 7,66 км. На рис. 9.8 показана схема эксперимента. Изолятор предохраняет лазер от попадания в него стоксова излучения. В эксперименте измерялись зависимости прошедшей и отраженной мощностей от мощности накачки. На рис. 9.9 представлены данные эксперимента. При небольшой мощности накачки отраженный сигнал обусловлен просто 4%-ным отражением от торца световода. Порог ВРМБ достигается при накачки, что проявляется в виде существенного возрастания интенсивности отраженного сигнала, в котором теперь доминирует стоксово излучение. В то же время проходящая мощность уменьшается в результате истощения накачки Она понижается до уровня насыщения (около при входной мощности

Рис. 9.8. Схема экспериментальной установки для наблюдения ВРМБ в световодах. фотодетекторы [30].

Рис. 9.9. Зависимость мощности прошедшего и отраженного излучения от мощности накачки, вводимой в одномодовый световод длиной 13,6 км [30].

более 10 мВт. Эффективность ВРМБ при этом составляет около 65%.

Еще в одном из недавних экспериментов [31] наблюдалось ВРМБ с накачкой на длине волны 1,3 мкм и шириной полосы излучения около 10 МГц от одночастотного полупроводникового лазера с распределенной обратной связью. Непрерывное излучение накачки вводилось в -километровый световод с потерями Эффективная длина такого световода 9 км. Порог ВРМБ 9 мВт. Проводились измерения и с накачкой от Nd: ИАГ-лазера с шириной линии Результаты были практически идентичными с теми, что были получены с полупроводниковой накачкой, из чего можно заключить, что ширина линии ВРМБ-усиления была заметно больше 15 МГц - наиболыней измеренной ширины линии полупроводникового лазера Оценка ширины ВРМБ-линии при помощи (9.1.7) дает

100 МГц. Как упоминалось в разд. 9.1, линия ВРМБ-усиления в световодах заметно шире, чем в объемных образцах плавленого кварца МГц на длине волны 1.3 мкм) из-за неоднородностей световода. Эксперимент показал, что ВРМБ может легко возникать в когерентных линиях связи, где обычно используются полупроводниковые лазеры с МГц. На длине волны 1,55 мкм пороговая мощность минимальна из-за малых потерь в световодах , следовательно, большой эффективной длины (~ 20 км).

В большинстве экспериментов по ВРМБ существенно наличие изолятора между лазером и световодом, что помогает избежать отражения стоксова излучения от зеркала лазера. В отсутствие

Рис. 9.10. Спектры излучения в прямом (верхний рисунок) и обратном (нижний рисунок) направлениях со стоксовыми и антистоксовыми линиями нескольких порядков, генерируемыми без оптической изоляции между лазером и световодом. Разность частот между соседними линиями к [32].

изолятора заметная часть мощности стоксовой волны может снова вводиться в световод В эксперименте [32] в световод возвращалось около 30% мощности стоксовой компоненты. В результате действия обратной связи наблюдалась генерация нескольких порядков стоксовых и антистоксовых линий. На рис. 9.10 показаны спектры излучения. выходящего из световода длиной в прямом и обратном направлениях. Расстояние между линиями точно соответствует величине ВРМБ-смещения при нм. Антистоксовы компоненты генерируются в результате четырехволнового смещения накачки и стоксовой волны, распространяющихся в одном направлении (см. разд 10.1) Стоксовы компоненты высшего порядка генерируются, когда мощность компоненты более низкого порядка достигает порога ВРМБ (9.2.6). Каскадное ВРМБ может возникать и в ВРМБ-лазерах, которые будут обсуждаться в следующем подразделе.