Повышение пиковой мощности импульсного источника лазерного излучения с применением кольцевой волоконной линии задержки

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.

1. Власов, 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/QE2012v042n11ABEH014979

2. Mourou, 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.2011.10.089

3. Обронов, 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/QEL16605

4. Фирстов, 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/QE2015v045n12ABEH015962

5. Motes, A. Laser beam combining / А. Motes // Rio-Rancho: AM Photonics. – 2015. – 132 p.

6. 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.

7. 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.26.010421

8. Алексеев, 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: 10.17586/1023-5086-2018-85-12-08-14

9. Brignon, A. Coherent laser beam combining / A. Brignon // Weinheim: Wiley-VCH. – 2013. – 509 p.

10. 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.25.027519

11. Трикшев, 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/QEL16433

12. Алексеев, 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.

13. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и новые перспективы / Под ред. С.А. Дмитриева и Н.Н. Слепова. – М.: Техносфера, 2010. – 608 c.