Объемные микролазеры.

Объемные микролазеры представляют собой миниатюрные твердотельные лазеры на объемных (т. е. не обладающих волноводными свойствами) кристаллах, активированных ионами неодима. Миниатюрность конструкции определяется применением эффективной системы накачки с использованием полупроводниковых лазеров и СИД на Достаточно узкая однородно уширенная линия усиления ионов неодима в кристаллах обусловливает достаточно высокую монохроматичность излучения микролазеров с характерной для ионов неодима хорошей температурной стабильностью центральной длины волны.

Рис. 4.15. Конструкции объемных микролазеров: а — с торцовой накачкой, б — с поперечной накачкой: 1 — СИД или ЛД; 2 — коллимирующая линза, 3 — зеркало резонатора, прозрачное для излучения иакачки; 4 — активный кристалл; 5 — зеркало резонатора; 6 — линейка СИД на радиаторе

Направленность излучения микролазеров выше, чем у полупроводниковых лазеров, это увеличивает эффективность ввода их излучения в одномодовые световоды.

В микролазерах, так же как и в волоконных лазерах, может осуществляться продольная накачка в торец активного элемента и поперечная накачка линейками СИД через боковую поверхность кристалла (рис. 4.15). Во втором случае для увеличения эффективности накачки используются отражатели. Исследования показали, что генерация излучения в микролазерах возможна с использованием целого ряда активных сред: на кристаллах с малой (около концентрацией неодима — со средней концентрацией этих ионов, например кристалла калий-гадолиниевого вольфрамата и на высококонцентрированных средах — кристаллах По-видимому, использование высококонцентрированных сред наиболее эффективно, усиление в них достигает . К сожалению, кристаллы с высокой концентрацией неодима, как правило, имеют малые размеры и использование их в качестве оптических усилителей представляется проблематичным.

На основе микролазера на кристалле создана конструкция одночастотного передатчика с длиной волны излучения 1,317 мкм для систем передачи с одномодовыми волоконными световодами [236]. Она схематически изображена на рис. 4.16.

Конфокальный резонатор образован внешними зеркалами, через одно из которых производится накачка кристалла длиной 300 мкм. Оригинальна схема накачки, которая осуществляется семью лазерами на Излучение каждого из лазеров вводится в многомодовый волоконный световод, а затем через объединитель на стержневых градиентных линзах — в активный кристалл.

В блоке с резонатором лазера расположен оптический вентиль, после которого излучение лазера с помощью градиентной линзы вводится в планарный электрооптический модулятор, выполненный методом диффузии титана в кристалл Передатчик, работающий, как уже говорилось, в одночастотном режиме, имеет хорошие характеристики: пороговая мощность накачки — мощность излучения на выходе лазера — потери в вентиле, модуляторе и соединениях — 9 дБ; мощность, вводимая в одномодовое волокно, — 0,17 мВт.

Рис. 4.16. Одночастотный лазер на кристалле 1 — блок лазерных диодов накачкн; 2 — разъем» оптические соединители; 3 — многомодовые волокна, 4 — оптический объединитель; 5 — резонатор лазера, 6 — оптический вентиль; 7 — градиентная согласующая линза; 8 — корпус, 9 — модулятор, 10 — одномодовое волокно; 11 — разъем Для электрического сигнала

Полоса частот модуляции составляет передатчик работает с модуляцией в коде со скоростью Напряжение, подаваемое на модулятор при глубине модуляции, составляет 6 В. Эта конструкция демонстрирует высокие возможности микролазеров как источников излучения для скоростных систем передачи, юднако необходимо отметить, что достигается это благодаря сложной технологии изготовления и юстировки лазера, вентиля, модулятора и согласующих элементов.

Приведенный пример достаточно верно характеризует общие проблемы, стоящие перед разработчиками микролазеров для световодных систем. Одно из преимуществ таких устройств перед полупроводниковыми лазерами — высокая направленность излучения (в описанной конструкции ширина диаграммы направленности лазера составляет - почти сводится на нет необходимостью применения внешнего планарного модулятора и соответствующей согласующей оптики.

Перспективным представляется использование микролазеров как источников излучения для фазовых ВОД. В этом случае модулятор не нужен, упрощается конструкция и возрастает мощность, вводимая в одномодовый волоконный световод.