Уширение спектральной линии одночастотных лазеров Precilasers волоконными усилителями

Введение

При производстве мощных одночастотных лазеров различных длин волн или лазеров с нелинейным преобразованием частоты, Precilasers обычно применяют волоконные усилители для увеличения выходной оптической мощности. Однако для многих приложений ширина спектральной линии критично важна. Для таких случаев важно определить, будет ли волоконный усилитель уширять спектральный выход затравочного лазера.

Эксперимент

Разработчики одночастотных лазеров Precilasers создали схему для измерения уширения линии, вызванного волоконными усилителями (рисунок 1). Излучение затравочного лазера разделяется на два канала. Излучение в одном канале смещается по частоте с помощью акустооптического модулятора (АОМ), а в другом канале усиливается волоконным усилителем.

Рисунок 1 – Принципиальная схема измерения уширения спектральной линии, вызванного процессом усиления

Минимальная полоса пропускания стандартного радиочастотного анализатора спектра составляет 1 Гц. Чтобы повысить точность измерений, радиочастотный сигнал объединяется с другим стабильным радиочастотным сигналом с частотой около 10 кГц. При полосе пропускания (RBW) 61 мГц, измеренная полная ширина на полувысоте (FWHM) составляет 128 мГц (10 Вт, 1064 нм), что является уширением линии в процессе усиления (рисунок 2). Фактически, такое уширение представляет собой медленное колебание частоты и характеризуется ее стабильностью.

Рисунок 2 – Измеренное уширение спектральной линии

Одним из факторов уширения может являться спонтанная эмиссия, однако ее временной масштаб – время жизни верхнего энергетического уровня, что не соответствует задетектированным медленным колебаниям частоты. Для проверки Precilasers дополнительно провели эксперименты по измерению стабильности частоты сигнала при различных токах накачки и охарактеризовали ее с помощью дисперсии Аллана (рисунок 3).

Рисунок 3 – Стабильность частот сигналов затравочного лазера и усилителя при различных токах накачки

Влияние величины тока накачки на стабильность частоты не прослеживается, поэтому можно считать, что уширение линии усилителя не связано с коэффициентом усиления и, следовательно, спонтанной эмиссией.

Принимая во внимание временной масштаб эффекта и вызванное им ухудшение стабильности частоты, специалисты Precilasers предполагают, что уширение вызвано процессом передачи излучения по оптоволокну. Обычно в усилителях используется волокно длиной >10 м. Во время распространения излучения могут происходить изменения внешней температуры, а также возникать напряжения, которые вызывают изменение показателя преломления и диаметра волокна, что, в свою очередь, вызывает изменения фазы излучения. Все это может приводить к изменению ширины спектральной линии или частоты лазерного излучения, распространяющегося в волокне.

Заключение

Вызываемое стандартными волоконными  усилителями Precilasers (легированными Yb, Er, Tm) уширение спектральной линии затравочного лазера составляет < 1 Гц, что является незначительным для большинства приложений. Возможное влияние процесса распространения излучения по волокну усилителя на стабильность частоты и ширину спектральной линии необходимо учитывать в задачах сверхстабильной передачи лазерного излучения.

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Precilasers на территории РФ.