pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2019-10-2-151-159pimi-438Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsПовышение пиковой мощности импульсного источника лазерного излучения с применением кольцевой волоконной линии задержкиIncreasing of Pulsed Laser Source Peak Power by Use of Ring Fiber-Optic Delay LineАлексеевВ. А.AlekseevV. A.ЗариповМ. Р.ZaripovM. R.

Адрес для переписки: М.Р. Зарипов – Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова, ул. Студенческая, 7, г. Ижевск 426069, Россия.     e-mail: zaripov.istu@gmail.com

Address for correspondence: M.R. Zaripov – Kalashnikov Izhevsk State Technical University, Studencheskaya str., 7, Izhevsk 426069, Russia.    e-mail: zaripov.istu@gmail.com

zaripov.istu@gmail.comПерминовА. С.PerminovA. S.СитниковаЕ. А.SitnikovaE. A.УсольцевВ. П.Usol’tsevV. P.ЮранC. И.YuranS. I.Ижевский государственный технический университет имени М.Т. КалашниковаРоссияKalashnikov Izhevsk State Technical UniversityRussian Federation201924062019102151159Copyright © Алексеев В.А., Зарипов М.Р., Перминов А.С., Ситникова Е.А., Усольцев В.П., Юран C.И., 20192019Алексеев В.А., Зарипов М.Р., Перминов А.С., Ситникова Е.А., Усольцев В.П., Юран C.И.Alekseev V.A., Zaripov M.R., Perminov A.S., Sitnikova E.A., Usol’tsev V.P., Yuran S.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/438

В настоящее время при создании автономных лазерных систем возникают требования в части повышения выходной мощности используемых в их составе лазерных источников при одновременном снижении энергопотребления системы. Авторами рассмотрена возможность увеличения выходной пиковой мощности импульсных лазерных источников за счет применения метода синхронного некогерентного суммирования импульсов в кольцевой волоконно-оптической линии задержки. Целью настоящей работы являлась оценка энергетической эффективности лазерных устройств, построенных на основе данного метода.

Рассмотрен общий способ построения импульсного лазерного источника с применением кольцевой волоконной линии задержки, представлены его структурная схема и общий принцип действия подобных данному устройству систем. Приведены два варианта исполнения лазерных систем, построенных на основе описываемого в работе метода суммирования импульсов: с оптическим сумматором и оптическим коммутатором; со сваркой волокон взамен сумматора и оптическим коммутатором. Получены графики энергетической эффективности систем первого и второго вариантов исполнений в зависимости от числа обходов импульса в кольцевой задержке.

В результате анализа работы рассмотренных устройств показано, что они позволяют увеличить пиковую мощность лазерного импульса без повышения энергии питания, при этом большей эффективностью обладает система с применением сваренных волокон взамен оптического сумматора.

At the present time, developing of autonomous laser systems requires increasing of the output power of the laser sources used in composition of those systems and at the same time reducing of the energy usage in the system. The possibility of increasing output peak power of pulsed laser sources by using the method of synchronous non-coherent beam combining in ring fiber-optic delay line is considered by authors. Objective of this work was estimating energy effectiveness of laser systems, which based on this method.

General constructing method of the laser pulsed laser source with ring fiber delay line is considered, its block diagram and the general operating principle of similar systems are presented. Two versions of laser systems based on the described method of beam combining are presented: using an optical combiner and an optical switch; using fiber welding instead of a combiner and an optical switch. The graphical dependence of the energy effectiveness on the number of circulations in ring fiber-optic delay line is obtained for both versions of laser systems.

As a result of the analysis of the considered devices operation, it was shown that considered systems allow to obtain increasing the peak power of a laser pulse without increasing the power supply, also the system, that use welded fi instead of the optical combiner, has greater effi than system with optical combiner.

лазерный источник излученияпиковая мощностькольцевая волоконная линия задержкиэнергетическая эффективностьоптические потериlaser sourcepeak powerring fiber-optic delay lineenergy effectivenessoptical lossesReferencesВласов, С.Н. Уширение спектра и сжатие мощных лазерных импульсов в квазипериодических системах с кубической нелинейностью / С.Н. Власов, Е.В. Копосова, В.Е. Яшин // Квантовая электроника. 2012. – Т. 42, № 11. – С. 989–995. DOI: 10.1070/QE2012v042n11ABEH014979Vlasov Sergei N., Koposova E.V., Yashin V.E. Spectral broadening and compression of high-intensity laser pulses in quasi-periodic systems with Kerr nonlinearity. Quantum Electronics, 2012, vol. 42, no. 11, pp. 989– 995. DOI: 10.1070/QE2012v042n11ABEH014979Mourou, G.A. Exawatt-Zettawatt pulse generation and applications / G.A. Mourou [et al.] // Optics Communications. – 2012. – Vol. 285. – P. 720–724. DOI: 10.1016/j.optcom.2011.10.089Mourou G.A., Fisch N.J., Malkin V.M., Toroker Z., Khazanov E.A., Sergeev A.M., Tajima T., Le Garrec. Exawatt-Zettawatt pulse generation and applications. Optics Communications, 2012, vol. 285, pp. 720–724. DOI: 10.1016/j.optcom.2011.10.089Обронов, И.В. Твердотельный усилитель на основе кристалла Yb: YAG с одномодовой лазерной накачкой на длине волны 920 нм / И.В. Обронов, А.С. Демкин, Д.В. Мясников // Квантовая электроника. – 2018. – Т. 48, № 3. – С. 212–214. DOI: 10.1070/QEL16605Obronov I.V., Demkin A.S., Myasnikov D.V. Solid-state Yb: YAG amplifier pumped by a single-mode laser at 920 nm. Quantum Electronics, 2018, vol. 48, no. 3, pp. 212–214. DOI: 10.1070/QEL16605Фирстов, С.В. Висмутовый волоконно-оптический усилитель для спектральной области 1600– 1800 нм / С.В. Фирстов [и др.] // Квантовая электроника. – 2015. – Т. 45, № 12. – С. 1083–1085. DOI: 10.1070/QE2015v045n12ABEH015962Firstov S.V., Alyshev S.V., Riumkin K.E., Khopin V.F., Mel’kumov M.A., Gurjanov A.N., Dianov E.M. Bismuth-doped fibre amplifier operating between 1600 and 1800 nm. Quantum Electronics, 2015, vol. 45, no. 12, pp. 1083–1085. DOI: 10.1070/QE2015v045n12ABEH015962Motes, A. Laser beam combining / А. Motes // Rio-Rancho: AM Photonics. – 2015. – 132 p.Motes A. Laser beam combining. Rio-Rancho: AM Photonics, 2015, 132 p.Сумматор оптического излучения. Н.И. Бушмелев, В.Н. Кривошеин, С.Л. Погорельский, А.В. Сбродов, В.Ф. Лазукин, А.Г. Шипунов. – Патент России № 2182346. – 2002.Bushmelev N.I., Krivoshein V.N., Pogorel’ski S.L., Sbrodov A.V., Lazukin V.F., Shipunov A.G. Summator opticheskogo izluchenia [Combiner of optical radiation]. Patent RU 2182346, 2002.Lei, C. Incoherent beam conbining of fiber lasers by an all-fiber 7×1 signal combiner at a power level of 14 kW / С. Lei [еt al.] // Optics Express. – 2018. – Vol. 26, no. 7. – P. 10421–10427. DOI: 10.1364/OE.26.010421Lei C., Gu Y., Chen Z., Wang Z., Zhou P., Ma Y., Xiao H., Leng J., Wang X., Hou J., Xu X., Chen J., Liu Z. Incoherent beam conbining of fiber lasers by an all-fiber 7×1 signal combiner at a power level of 14 kW. Optics Express, 2018, vol. 26, iss. 7, pp. 10421–10427. DOI: 10.1364/OE.26.010421Алексеев, В.А. Повышение пиковой мощности источника импульсного лазерного излучения с применением оптических линий задержки / В.А. Алексеев, А.С. Перминов, С.И. Юран // Оптический журнал. – 2018. – Т. 85, № 12. – С. 8–14. DOI: 10.17586/1023-5086-2018-85-12-08-14Alekseev V.A., Perminov A.S., Yuran S.I. Increasing the peak power of a pulsed laser source using optical delay lines. J. Opt. Technol., 2018, vol. 85, iss. 12, pp. 746–751. DOI: 10.1364/JOT.85.000746Brignon, A. Coherent laser beam combining / A. Brignon // Weinheim: Wiley-VCH. – 2013. – 509 p.Brignon A. Coherent laser beam combining. Weinheim: Wiley-VCH, 2013, 509 p.Yang, Y. Multi-aperture all-fiber active coherent beam combining for free-space optical communication receivers / Y. Yang [et al.] // Optics Express. – 2017. – Vol. 25, № 22. – P. 27519–27532. DOI: 10.1364/OE.25.027519Yang Y., Geng C., Li F., Huang G., Li X. Multiaperture all-fiber active coherent beam combining for free-space optical communication receivers. Optics Express, 2017, vol. 25, iss. 22, pp. 27519–27532. DOI: 10.1364/OE.25.027519Трикшев, А.И. Фазировка двух усилительных каналов при когерентном сложении лазерных пучков суммарной мощностью 60 Вт / А.И. Трикшев, Ю.Н. Пырков, В.Б. Цветков // Квантовая электроника. – 2017. – Т. 47, № 11. – С. 1045–1048. DOI: 10.1070/QEL16433Trikshev A.I., Pyrkov Yu.N., Tsvetkova V.B. Phasing of two amplifier channels for the coherent combining of laser beams with a total power of 60 W. Quantum Electronics, 2017, vol. 47, no. 11, pp. 1045–1048. DOI: 10.1070/QEL16433Алексеев, В.А. Источник импульсного лазерного излучения на кольцевой волоконной задержке / В.А. Aлексеев, М.Р. Зарипов, Е.А. Ситникова // Прикладная оптика–2018: сборник трудов XIII Международной конференции (Санкт-Петербург 19–21 декабря 2018). – Том 2. – Секция 5. Лазерная техника. – С. 27–29.Alekseev V.A., Zaripov M.R., Sitnikova E.A. [Pulsed laser source based on ring fiber-optic delay]. Prikladnaya optika-2018: sbornik trudov XIII Mezhdunarodnoy konferencii [Applied optics-2018: XIII International conference proceedings], vol. 2, section 5. Lazernaya technika [Laser technic], pp. 27–29 (in Russian).Волоконно-оптическая техника: современное состояние и новые перспективы / Под ред. С.А. Дмитриева и Н.Н. Слепова. – М.: Техносфера, 2010. – 608 c.Volokonno-opticheskaya technika: sovremennoye sostoyanie i perspektivi [Fiber-optic technic: present condition and perspectives]. Edited by S.A. Dmitriev and N.N. Slepov. Moscow, Technosfera Publ., 2010, 608 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.