偏波ファイバ狭線幅レーザーの光路設計

偏波光ファイバの光路設計狭線幅レーザー

1. 概要

1018 nm偏波ファイバ狭線幅レーザー。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、偏波消光比は17.5 dB以上、ビーム品質は高い（2 x M – 1.62および2 y M）A。レーザーシステム勾配効率は79%（∼1.63）であった。

2. 光路の説明

で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、一対の偏光保持ファイバーグレーティングと、利得媒体として1.5メートル長の10/125μmイッテルビウムドープ二重クラッド偏光保持ファイバーから構成されています。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、976nm波長同期の半導体レーザー最大出力27Wで、極性保持(1+1)×1ビームコンバイナを介して出力されます。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とるために、グレーティングの低反射率は40%に最適化されました。高反射グレーティングのテールファイバはゲインファイバに融着され、低反射グレーティングのテールファイバは90°回転されてクラッドフィルタのテールファイバに融着されています。これにより、高反射グレーティングの高速軸反射波長のピーク位置が、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。これにより、共振空洞内では1つの偏光レーザーのみが発振する。光ファイバクラッド内に残留するポンプ光は、共振空洞内に融合された自作のクラッドフィルタによって除去され、出力ピグテールは端面フィードバックと寄生発振を防止するため8°の斜角加工が施されている。

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、洋梨型の偏波保持ファイバーは、高速軸と低速軸と呼ばれる2つの直交する偏波軸を持つ。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に書き込まれた格子は2つの異なる中心波長を持つ。直線偏光ファイバーレーザーの共振器は通常、2つの偏波保持格子で構成される。高速軸と低速軸の低反射格子と高反射格子の波長はそれぞれ対応している。偏波保持格子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る。偏波保持格子の二波長発振原理によれば、実験では並列溶接法を採用することでこれを実現できる。溶接中、2つの格子の偏光保持軸が一直線になります。これにより、高反射格子の2つの透過ピークが低反射格子の透過ピークと一致し、2波長レーザー出力が実現されます。

実際のレーザー偏波保持システムでは、直線スキューは直線偏光レーザーの出力特性を評価する重要な指標です。一般に、高反射率格子の周期は低反射率格子の周期よりも大きいです。高いPER値を持つ直線偏光レーザーを実現するには、1つの偏光ピークだけが振動すれば十分です。低反射率格子の高速軸が高反射率格子の低速軸に沿っている場合、低反射率格子の高速軸方向の中心波長は高反射率格子の低速軸方向の中心波長と一致しますが、低反射率格子の低速軸方向の透過ピークは高反射率格子の高速軸方向の透過ピークと一致しません。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、低反射率格子の遅軸が高反射率格子の速軸に沿っている場合、低反射率格子の遅軸の中心波長は高反射率格子の速軸の中心波長と一致しますが、低反射率格子の速軸の透過ピークは高反射率格子の遅軸の透過ピークと一致しません。このようにして、1つの透過ピークを振動させることもできます。上記の2つの方法はどちらも直線偏光レーザー出力を実現できます。偏光保持格子の単波長直線偏光レーザー発振原理によれば、実験では直交接合法を採用してこれを達成できます。高反射格子と低反射格子の偏光保持軸の接合角度が90°のとき、高反射格子の遅軸方向の透過ピークと低反射格子の速軸方向の透過ピークが一致し、単一波長直線偏光ファイバーレーザーの出力を実現できる。