偏光ファイバー狭線幅レーザーの光路設計

偏光ファイバーの光路設計狭線幅レーザー

1. 概要

1018 nm偏光ファイバー狭線幅レーザー。動作波長は1018 nm、レーザー出力は104 W、3 dBおよび20 dBのスペクトル幅はそれぞれ約21 GHzおよび約72 GHz、偏光消光比は17.5 dB以上、ビーム品質は高（2 x M – 1.62および2 y M）Aレーザーシステム傾斜効率は79%（約1.63）です。

2. 光路の説明

では偏光ファイバー狭線幅レーザー直線偏光ファイバーレーザー発振器は、一対の偏波保持ファイバーグレーティングと、利得媒体として長さ1.5メートルの10/125μmイッテルビウム添加ダブルクラッド偏波保持ファイバーで構成されています。この光ファイバーの976nmにおける吸収係数は5dB/mです。レーザー発振器は、波長976nmにロックされた半導体レーザー極性保持型(1+1)×1ビームコンバイナを介して最大出力27Wで動作します。高反射グレーティングの反射率は99%以上で、3dB反射帯域幅は約0.22nmです。低反射グレーティングの反射率は40%で、3dB反射帯域幅は約0.216nmです。両方のグレーティングの中心反射波長は1018nmです。レーザー共振器の出力とASE抑制比のバランスを取るために、低反射グレーティングの反射率は40%に最適化されています。高反射グレーティングのテールファイバーはゲインファイバーに融着され、低反射グレーティングのテールファイバーは90°回転してクラッドフィルタのテールファイバーに融着されます。このように、高反射グレーティングの高速軸反射波長のピーク位置は、低反射グレーティングの低速軸反射波長のピーク位置と一致する。このため、共振器内では偏光レーザーは1つしか発振しない。光ファイバークラッドに残る励起光は、共振器内に溶着された自作のクラッドフィルターによって除去され、出力ピグテールは端面フィードバックと寄生発振を防ぐために8°の角度で面取りされている。

3. 背景知識

直線偏光ファイバーレーザーの発生メカニズム：応力複屈折により、洋ナシ型の偏波保持ファイバーには、高速軸と低速軸と呼ばれる2つの直交する偏波軸が存在します。一般的に、低速軸の屈折率は高速軸の屈折率よりも大きいため、偏波保持ファイバー上に書き込まれたグレーティングは2つの異なる中心波長を持ちます。直線偏光ファイバーレーザーの共振器は通常、2つの偏波保持グレーティングで構成されます。低反射グレーティングと高反射グレーティングの波長は、それぞれ高速軸と低速軸に対応します。偏波保持グレーティングの反射帯域幅が十分に狭い場合、高速軸方向と低速軸方向の透過スペクトルを分離することができ、両方の波長が共振器内で振動することができます。偏波保持グレーティングの二波長振動原理に基づき、実験では、平行溶接法を用いてこれを実現できます。溶接工程において、2つの回折格子の偏光保持軸が整列する。これにより、高反射回折格子の2つの透過ピークが低反射回折格子の透過ピークと一致するため、二波長レーザー出力が実現できる。

実際のレーザー偏光保持システムでは、線形スキューは直線偏光レーザーの出力特性を評価するための重要な指標です。一般的に、高反射率グレーティングの周期は低反射率グレーティングの周期よりも大きくなります。PER値の高い直線偏光レーザーを実現するには、1つの偏光ピークを振動させるだけで十分です。低反射率グレーティングの高速軸が高反射率グレーティングの低速軸と一致する場合、低反射率グレーティングの高速軸方向の中心波長は高反射率グレーティングの低速軸方向の中心波長に対応しますが、低反射率グレーティングの低速軸方向の透過ピークは高反射率グレーティングの高速軸方向の透過ピークに対応しません。このようにして、1つの透過ピークを振動させることができます。同様に、低反射率グレーティングの遅軸が高反射率グレーティングの速軸と一致する場合、低反射率グレーティングの遅軸の中心波長は高反射率グレーティングの速軸の中心波長と一致するが、低反射率グレーティングの速軸の透過ピークは高反射率グレーティングの遅軸の透過ピークとは一致しない。このようにして、透過ピークを振動させることもできる。上記の2つの方法の両方とも、直線偏光レーザー出力を実現できる。偏光保持グレーティングの単波長直線偏光レーザー発振原理によれば、実験では直交スプライシング法を採用してこれを実現できる。高反射グレーティングと低反射グレーティングの偏光保持軸の接続角度が90°の場合、高反射グレーティングの低速軸方向の透過ピークは、低反射グレーティングの高速軸方向の透過ピークと一致するため、単一波長直線偏光ファイバーレーザーの出力が実現できる。