НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o044.pdf (1274.60Кб)

УДК 519.711.2

1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

В последнее десятилетие достигнуты значительные успехи в разработке волоконных лазеров, способных работать в непрерывном режиме и с мультикиловатной выходной мощностью. Такие результаты были достигнуты в волоконных лазерах с использованием световодов с двойной оболочкой, легированных ионами иттербия. Конфигурация волоконного световода с двойной оболочкой позволяет достигать значительных мощностей генерации лазерного источника за счет использования полупроводниковой накачки, работающей в многомодовом режиме генерации. Кроме того, активная среда в данной случае работает по 3-х уровневой или квази-четырех уровневой схеме, что позволяет достигать высоких значений КПД и выходных мощностей. Волоконные лазеры вызывают особый интерес, как надежные, эффективные и компактные источники излучения  для различных применений  в задачах медицинской диагностики, лазерной хирургии, в изображающих системах, дальномерных системах видения и др. Важным этапом на пути создания таких волоконных лазеров является численное моделирование процессов, происходящих в резонаторе и, как следствие, оптимизация конструкции волоконного лазерного источника. Проведение численных экспериментов позволяет оптимизировать такие параметры волоконного резонатора, как длину активного волокна, коэффициенты пропускания выходных зеркал, а также подобрать концентрацию активных ионов в кварцевом стекле активного волоконного световода. В работе приведено сравнение методов моделирования процесса стационарной генерации одномодового волоконного иттербиевого лазера с учетом радиального распределения поля моды и без неё и проведена верификация полученных результатов путем их сравнения с результатами расчета коммерческой программы. Разработанная модель расчета непрерывных волоконных лазеров, основанная на численном решении скоростных уравнений, показала сопоставимые результаты c коммерческой программой. При этом получено, что не учет радиального распределения поля моды в стандартной модели, может приводить к ошибке оптимизации КПД лазера до 6%, а в длине активного волокна для получения заданного КПД до 30%. Полученные результаты исследования могут быть использованы для оптимизации разрабатываемых непрерывных волоконных иттербиевых лазеров средней мощности с двойной оболочкой.

1. Курков А.С., Дианов Е.М. Непрерывные волоконные лазеры средней мощности // Квантовая электроника. 2004. Т . 34, № 10. С . 881-900.
2. Diels J.-C., Arissian L. Lasers: The Power and Precision of Light. Wiley-VCH, 2011. 277 p.
3. Rare Earth Doped Fiber Lasers and Amplifiers / ed. by M.J.F. Digonnet. New York: Marcel Dekker, 1993.
4. Рютеринг М. Сравнительный анализ лазерной техники // Фотоника. 2011. № 3. С . 26-32.
5. Snitzer E., Po H., Hakimi F., Tumminelli R., McCollum B.C. Double-clad, offset core Nd fiber laser // Proc. Conf. Optical Fiber Sensors. Optical Society of America, 1998. Paper PD5. DOI:10.1364/OFS.1988.PD5
6. Sahu J.K., Jeong Y., Algeria C., Codemard C., Soh D., Baek S., Philoppov V., Cooper L., Nilsson J., Williams R., Ibsen M., Clarkson A., Richardson D., Payne D. Recent advances in high power fiber lasers // Advanced Solid-State Photonics, OSA Technical Digest. Optical Society of America, 2004. Paper MA1. DOI:10.1364/ASSP.2004.MA1
7. Мелькумов М.А ., Буфетов И.А., Бубнов М.М., Шубин А.В., Семенов С.Л., Дианов Е.М. Распределение излучения накачки в лазерных волоконных световодах с многоэлементной первой оболочкой // Квантовая электроника. 2005. № 11. С. 996-1002.
8. Chen Y.F., Liao T.S., Kao C.F., Huang T.M. Optimization of fiber-coupled laser-diode end-pumped lasers: influence of pump-beam quality // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1996. Vol. 32, iss. 11. P. 2010-2016. DOI: 10.1109/3.541689
9. Marcuse D. Loss Analysis of Single-Mode Fiber Splices // Bell System Technical Journal. 1977. Vol. 56, iss. 5. P. 703-718. DOI: 10.1002/j.1538-7305.1977.tb00534.x
10. Kelson I., Hardy A. Optimization of Strongly Pumped Fiber Lasers // Journal of Lightwave Technology. 1999. Vol. 17, iss. 5. P. 891-897.