편광 섬유를 이용한 협대역 레이저의 광 경로 설계

편광 광섬유의 광 경로 설계좁은 선폭 레이저

1. 개요

1018 nm 편광 광섬유 협대역 레이저. 작동 파장은 1018 nm이고, 레이저 출력은 104 W이며, 3 dB 및 20 dB의 스펙트럼 폭은 각각 약 21 GHz 및 약 72 GHz이고, 편광 소멸비는 17.5 dB 이상이며, 빔 품질은 우수합니다(2 x M – 1.62 및 2 y M).레이저 시스템기울기 효율은 79%(약 1.63)입니다.

2. 광 경로 설명

에서편광 섬유 협대역 레이저선형 편광 광섬유 레이저 발진기는 한 쌍의 편광 유지 광섬유 격자와 이득 매질로 사용되는 1.5미터 길이의 10/125μm 이터븀 도핑 이중 클래드 편광 유지 광섬유로 구성됩니다. 이 광섬유의 976nm에서의 흡수 계수는 5dB/m입니다. 레이저 발진기는 976nm 파장 고정 레이저 펌프에 의해 구동됩니다.반도체 레이저극성 유지형 (1+1)×1 빔 결합기를 통해 최대 27W의 출력을 얻습니다. 고반사 회절 격자는 99% 이상의 반사율을 가지며, 3dB 반사 대역폭은 약 0.22nm입니다. 저반사 회절 격자는 40%의 반사율을 가지며, 3dB 반사 대역폭은 약 0.216nm입니다. 두 회절 격자의 중심 반사 파장은 모두 1018nm입니다. 레이저 공진기의 출력과 ASE 억제율의 균형을 맞추기 위해 저반사 회절 격자의 반사율을 40%로 최적화했습니다. 고반사 회절 격자의 끝단 광섬유는 이득 광섬유에 융합되고, 저반사 회절 격자의 끝단 광섬유는 90° 회전시켜 클래딩 필터의 끝단 광섬유에 융합됩니다. 따라서 고반사 회절 격자의 고속축 반사 파장의 피크 위치가 저반사 회절 격자의 저속축 반사 파장의 피크 위치와 일치합니다. 이러한 방식으로 공진 공동 내에서는 하나의 편광된 레이저만 발진할 수 있습니다. 광섬유 클래딩에 남아 있는 펌프광은 공진 공동에 융합된 자체 제작 클래딩 필터에 의해 걸러지고, 출력 피그테일은 단면 피드백 및 기생 발진을 방지하기 위해 8°로 경사지게 가공되었습니다.

3. 배경 지식

선형 편광 광섬유 레이저의 발생 메커니즘: 응력 복굴절로 인해 배 모양의 편광 유지 광섬유는 고속축과 저속축이라는 두 개의 직교하는 편광축을 갖습니다. 일반적으로 저속축의 굴절률이 고속축보다 크기 때문에 편광 유지 광섬유에 새겨진 격자는 서로 다른 두 개의 중심 파장을 갖습니다. 선형 편광 광섬유 레이저의 공진기는 보통 두 개의 편광 유지 격자로 구성됩니다. 고속축과 저속축에서 저반사 격자와 고반사 격자의 파장은 각각 대응됩니다. 편광 유지 격자의 반사 대역폭이 충분히 좁으면 고속축과 저속축 방향의 투과 스펙트럼을 분리할 수 있으며, 두 파장 모두 공진기 내에서 진동할 수 있습니다. 편광 유지 격자의 이중 파장 진동 원리에 따라 실험에서는 병렬 용접법을 사용하여 이를 구현할 수 있습니다. 용접 과정에서 두 격자의 편광 유지 축이 정렬됩니다. 이렇게 하면 고반사 격자의 두 투과 피크가 저반사 격자의 투과 피크와 일치하게 되어 이중 파장 레이저 출력을 구현할 수 있습니다.

실제 레이저 편광 유지 시스템에서 선형 왜곡(linear skew)은 선형 편광 레이저의 출력 특성을 평가하는 중요한 지표입니다. 일반적으로 고반사율 격자의 주기는 저반사율 격자의 주기보다 큽니다. 높은 PER 값을 갖는 선형 편광 레이저를 얻기 위해서는 하나의 편광 피크만 진동하면 됩니다. 저반사율 격자의 고속축이 고반사율 격자의 저속축과 일치할 때, 저반사율 격자의 고속축 방향 중심 파장은 고반사율 격자의 저속축 방향 중심 파장과 일치하지만, 저반사율 격자의 저속축 방향 투과 피크는 고반사율 격자의 고속축 방향 투과 피크와 일치하지 않습니다. 이러한 방식으로 하나의 투과 피크만 진동시킬 수 있습니다. 마찬가지로, 저반사율 격자의 느린 축이 고반사율 격자의 빠른 축과 일치할 때, 저반사율 격자의 느린 축의 중심 파장은 고반사율 격자의 빠른 축의 중심 파장과 일치하지만, 저반사율 격자의 빠른 축의 투과 피크는 고반사율 격자의 느린 축의 투과 피크와 일치하지 않습니다. 이러한 방식으로 하나의 투과 피크도 진동시킬 수 있습니다. 위의 두 가지 방법 모두 선형 편광 레이저 출력을 얻을 수 있습니다. 편광 유지 격자의 단일 파장 선형 편광 레이저 발진 원리에 따라, 실험에서는 직교 접합 방식을 사용하여 이를 구현할 수 있습니다. 고반사 격자와 저반사 격자의 편광 유지 축의 접합 각도가 90°일 때, 고반사 격자의 느린 축 방향 투과 피크는 저반사 격자의 빠른 축 방향 투과 피크와 일치하므로 단일 파장 선형 편광 광섬유 레이저의 출력을 구현할 수 있다.