RU2566385C1

RU2566385C1 - Waveguide source of unidirectional single-frequency polarised laser radiation with passive frequency scanning (versions)

Info

Publication number: RU2566385C1
Application number: RU2014129097/28A
Authority: RU
Inventors: Сергей Алексеевич Бабин; Сергей Иванович Каблуков; Иван Александрович Лобач
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2015-10-27

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: claimed device comprises the circuit with passive frequency scanning wherein time dynamics consists of periodic group of pulses. Note here that every pulse is a single-frequency laser radiation with oscillation frequency varies from pulse to pulse. Besides, output laser radiation is completely polarised while pulse polarisation in-states take on one of two values. This is why pulses are easily spatially divided by polarisation filter. In this case output laser radiation of laser source consists of periodic single-frequency pulses with one polarisation state.

EFFECT: better amplitude stability of output laser radiation intensity, controlled time dynamics of laser radiation intensity, better polarisation and spectral properties of output laser radiation, stable output polarisation, expanded applications and range of similar devices.

59 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к лазерной технике, в частности к волоконным одночастным лазерам со сканированием частоты, которые могут найти применение как источники лазерного излучения для таких технологий, как оптическая когерентная томография, конфокальная микроскопия, частотная рефлектометрия, волоконные линии связи, спектроскопия высокого разрешения, волоконные сенсорные системы и другие.The invention relates to laser technology, in particular to single-frequency fiber scanned lasers that can be used as laser sources for technologies such as optical coherence tomography, confocal microscopy, frequency reflectometry, fiber communication lines, high-resolution spectroscopy, fiber sensor systems and others.

Для многих приложений требуется лазерное излучение с перестраиваемой длиной волны генерации. Как правило, перестройка длины волны лазера осуществляется активным способом, т.е. с применением специальных перестроечных элементов, таких как фильтры, дифракционные элементы и т.д. Активный способ сканирования подразумевает, что управление осуществляется внешней электроникой. В этом случае все характеристики сканирования частоты определяются самим перестроечным элементом и параметрами управляющего электрического сигнала.Many applications require tunable laser radiation. As a rule, laser wavelength tuning is carried out in an active way, i.e. using special tuning elements, such as filters, diffraction elements, etc. The active scanning method implies that the control is carried out by external electronics. In this case, all characteristics of the frequency scan are determined by the tuning element itself and the parameters of the control electric signal.

Через несколько лет после демонстрации первого лазера было показано, что при определенных условиях перестройка частоты в рубиновом лазере происходит без использования перестроечного элемента. Позднее было показано, что сканирование осуществляется с помощью самой активной среды лазера посредствам эффекта выжигания в ней пространственных дырок инверсной населенности уровней энергии. Таким образом, было продемонстрировано пассивное сканирование частоты (ПСЧ), т.е. без использования специальных перестроечных элементов. Но из-за небольшого спектрального диапазона сканирования и нестабильности режим ПСЧ не нашел применения. Из-за нестабильности эффект считался паразитным, поэтому активно разрабатывались методы по устранению такого режима работы лазера.A few years after the demonstration of the first laser, it was shown that under certain conditions, frequency tuning in a ruby laser occurs without the use of a tuning element. It was later shown that scanning is performed using the most active laser medium through the effect of burning spatial holes of an inverse population of energy levels in it. Thus, passive frequency scanning (PSC), i.e. without the use of special tuning elements. But due to the small spectral range of the scan and instability, the MSS mode did not find application. Due to the instability, the effect was considered parasitic; therefore, methods were actively developed to eliminate such a regime of laser operation.

Также ПСЧ может быть реализовано и другим способом. Перестройка частоты полупроводникового лазера возможна с использованием обратной связи на основе самосопряженного зеркала. Такое поведение лазерной частоты связано с эффектом фоторефракции и дисперсионных свойств материала зеркала. Из-за нелинейной зависимости частоты от времени и нестабильности такой режим работы лазера считался нежелательным и с ним также боролись.Also, PSH can be implemented in another way. Frequency tuning of a semiconductor laser is possible using feedback based on a self-adjoint mirror. This behavior of the laser frequency is associated with the effect of photorefraction and dispersion properties of the mirror material. Due to the nonlinear dependence of the frequency on time and instability, such a laser mode was considered undesirable and was also fought with.

В целом можно сказать, что известные методы ПСЧ до недавнего времени из-за неудачной реализации давали недостаточные для применения характеристики сканирования (спектральный диапазон, стабильность, линейность и т.д.), поэтому они не вызывали интереса у исследователей.In general, it can be said that until recently, due to unsuccessful implementation, the known PSP methods gave insufficient scanning characteristics for the application (spectral range, stability, linearity, etc.), therefore, they did not arouse the interest of researchers.

Известно техническое решение, представленное в схеме низкодобротного волоконного лазера (A.V. Kir'yanov and N.N ll'ichev, "Self-induced laser line sweeping in an ytterbium fiber laser with nonresonant Fabry-Perot cavity," Laser Phys. Lett. 8(4), pp. 305-312 (2011)). Активной средой лазера было иттербиевое волокно с многоэлементной оболочкой (тип волокна GTWave). В техническом решении был продемонстрирован режим ПСЧ, который обладает достаточными для применений характеристиками. В лазере с низкодобротным резонатором образованным двумя прямыми сколами волокна удалось получить диапазон перестройки около 10 нм.A technical solution is known, presented in the low-Q fiber laser circuit (AV Kir'yanov and NN ll'ichev, "Self-induced laser line sweeping in an ytterbium fiber laser with nonresonant Fabry-Perot cavity," Laser Phys. Lett. 8 (4) , pp. 305-312 (2011)). The active medium of the laser was a ytterbium fiber with a multielement sheath (type of fiber GTWave). In the technical solution, the PSH mode was demonstrated, which has sufficient characteristics for applications. In a laser with a low-Q cavity formed by two straight cleaved fibers, a tuning range of about 10 nm was obtained.

Недостатками известного технического решения является двунаправленная лазерная генерация, уменьшающая выходную мощность в одном канале; необходимость последующего коллимирования выходящих пучков; отсутствие возможности управления параметрами сканирования.The disadvantages of the known technical solution is bidirectional laser generation, which reduces the output power in one channel; the need for subsequent collimation of the emerging beams; lack of control over scanning parameters.

Известно техническое решение, представленное в линейной схеме волоконного лазера на основе иттербиевого волокна с двойной оболочкой с низкодобротным резонатором, образованным двумя прямыми сколами волокна (P. Peterka P. Navrátil, J. Maria, B. Dussardier, R. SIavik, P. Honzatko, V. Kubeček, "Self-induced laser line sweeping in double-clad Yb-doped fiber-ring lasers", Laser Physics Letters 9(6), pp. 445-450 (2012)). В этом лазере был получен диапазон сканирования 8 нм.A technical solution is known, presented in a linear scheme of a fiber laser based on ytterbium fiber with a double shell with a low-Q resonator formed by two straight fiber chips (P. Peterka P. Navrátil, J. Maria, B. Dussardier, R. SIavik, P. Honzatko, V. Kubeček, "Self-induced laser line sweeping in double-clad Yb-doped fiber-ring lasers", Laser Physics Letters 9 (6), pp. 445-450 (2012)). In this laser, a scan range of 8 nm was obtained.

Известно техническое решение, представленное в схеме волоконного лазера с низкодобротным резонатором, в котором реализуется режим ПСЧ (I.A. Lobach, S.I. Kablukov, E.V. Podivilov, S.A. Babin, "Broad-range self-sweeping of a narrow-line self-pulsing Yb-doped fiber laser" // Optics Express, 19, No. 18, pp. 17632-17640 (2011)), выбранное в качестве прототипа. В данном техническом решении были устранены недостатки ранее представленных технических решений с использованием плотного кольцевого зеркала и волоконного разветвителя с прямым сколом волокна одного из портов. Высокий коэффициент отражения кольцевого зеркала позволяет получить однонаправленную генерацию. Регулирование контроллера поляризации в кольцевом зеркале позволило управлять параметрами сканирования. В частности, в этой схеме было получено около 16 нм перестройки длины волны. Было показано, что ПСЧ сопровождается самопульсациями во временной динамике интенсивности, которые свойственны для низкодобротных резонаторов. Конкуренция мод, влияющая на сканирование лазерной частоты, обеспечивается продольной неоднородностью инверсной населенности уровней энергии легирующего элемента.A technical solution is known, which is presented in a low-Q cavity fiber laser circuit that implements the PSP regime (IA Lobach, SI Kablukov, EV Podivilov, SA Babin, "Broad-range self-sweeping of a narrow-line self-pulsing Yb-doped fiber laser "// Optics Express, 19, No. 18, pp. 17632-17640 (2011)), selected as a prototype. In this technical solution, the shortcomings of previously presented technical solutions using a dense ring mirror and a fiber splitter with a direct fiber cleavage of one of the ports were eliminated. The high reflection coefficient of the annular mirror allows for unidirectional generation. Regulation of the polarization controller in the annular mirror made it possible to control the scanning parameters. In particular, about 16 nm wavelength tuning was obtained in this scheme. It was shown that the PSC is accompanied by self-pulsations in the temporal dynamics of the intensity, which are characteristic of low-Q resonators. The competition of modes that affects the scanning of the laser frequency is provided by the longitudinal heterogeneity of the inverse population of the energy levels of the doping element.

Недостатками известного технического решения являются нерегулярность самопульсаций и многочастотность выходного лазерного излучения.The disadvantages of the known technical solutions are the irregularity of self-pulsations and the multi-frequency output laser radiation.

Хаотичная динамика интенсивности лазерного излучения существенно усложняют как применение, так и исследование лазеров в режиме ПСЧ. Существуют работы, в которых было продемонстрировано, что ПСЧ может сопровождаться регулярными самопульсациями, хотя объяснений такому режиму работы лазера дано не было. Хаотичный характер самопульсаций во многом связан с тем, что продольная неоднородность инверсной населенности уровней энергии легирующего элемента зависит от поляризационных состояний двух взаимодействующих в активной среде лазера волн. Например, интерференция двух встречных волн с ортогональными друг к другу поляризационными состояниями дает продольно-однородное распределение интенсивности. В частности это используется для стабилизации лазерного излучения, состоящей из одной продольной моды и предотвращения частотной динамики. В случае же режима ПСЧ необходимо противоположное условие увеличения контраста модуляции неоднородности. Из-за слабого двулучепреломления волокон низкодобротного резонатора поляризационные состояния волн изменяются в процессе сканирования частоты, тем самым изменяя контраст модуляции. Это в свою очередь ведет к нестабильной временной динамики интенсивности лазерного излучения. Таким образом, для получения режима ПСЧ с регулярной временной динамикой интенсивности лазерного излучения необходимо получение наиболее контрастной картины модуляции инверсной населенности уровней энергии легирующего элемента, которая слабо зависит от лазерной частоты. Поэтому для регуляризации временной динамики интенсивности лазерного излучения необходимо обеспечить согласование поляризационных состояний двух взаимодействующих волн.The chaotic dynamics of the intensity of laser radiation significantly complicate both the use and study of lasers in the PSP mode. There are works in which it was demonstrated that the PSC can be accompanied by regular self-pulsations, although no explanation was given to such a regime of laser operation. The chaotic nature of self-pulsations is largely due to the fact that the longitudinal heterogeneity of the inverse population of the energy levels of the doping element depends on the polarization states of two waves interacting in the active medium of the laser. For example, the interference of two counterpropagating waves with polarizing states orthogonal to each other gives a longitudinally uniform intensity distribution. In particular, this is used to stabilize laser radiation consisting of a single longitudinal mode and to prevent frequency dynamics. In the case of the PSP regime, the opposite condition is necessary to increase the contrast of the modulation of the inhomogeneity. Due to the weak birefringence of the fibers of the low-Q cavity, the polarization states of the waves change during the frequency scan, thereby changing the modulation contrast. This, in turn, leads to unstable temporal dynamics of the intensity of laser radiation. Thus, to obtain the PSC regime with regular temporal dynamics of laser radiation intensity, it is necessary to obtain the most contrasting picture of the modulation of the inverse population of the energy levels of the alloying element, which weakly depends on the laser frequency. Therefore, to regularize the temporal dynamics of the intensity of laser radiation, it is necessary to ensure the matching of the polarization states of two interacting waves.

Другим недостатком технического решения является многочастотность выходного лазерного излучения. Было показано, что лазерная генерация происходила на нескольких продольных модах, что подтверждается измерением радиочастотного спектра лазера. Многочастотная генерация ограничивает область применения известного технического решения. Например, одночастотное перестраиваемое лазерное излучение требуется для высокоразрешающей спектроскопии. Многочастотная генерация лазерного излучения связана с тем, что условие на генерацию новых частот, которое обеспечивается продольной неоднородностью инверсной населенности уровней энергии легирующего элемента, выполняется одновременно для множества мод.Another disadvantage of the technical solution is the multi-frequency output laser radiation. It was shown that laser generation occurred at several longitudinal modes, which is confirmed by measuring the radio frequency spectrum of the laser. Multi-frequency generation limits the scope of the known technical solution. For example, single-frequency tunable laser radiation is required for high-resolution spectroscopy. Multi-frequency generation of laser radiation is associated with the fact that the condition for the generation of new frequencies, which is ensured by the longitudinal inhomogeneity of the inverse population of the energy levels of the doping element, is fulfilled simultaneously for many modes.

Перед авторами стояла задача разработать волоконный источник однонаправленного лазерного излучения с пассивным сканированием частоты, позволяющий формировать одночастотное поляризованное лазерное излучение с регулярной временной динамикой интенсивности излучения и с возможностью управления спектральным диапазоном сканирования.The authors were faced with the task of developing a fiber source of unidirectional laser radiation with passive frequency scanning, which allows one to generate single-frequency polarized laser radiation with regular temporal dynamics of radiation intensity and with the ability to control the spectral range of scanning.

Поставленная задача решается тем, что, по первому варианту в волоконный источник однонаправленного одночастотного поляризованного лазерного излучения с пассивным сканированием частоты содержащий активное оптическое волокно, помещенное в низкодобротный резонатор, образованный плотным зеркалом с коэффициентом отражения более 50% и пропускающим выходным зеркалом с коэффициентом отражения не более 50%, узел ввода накачивающего излучения, хотя бы один источник накачивающего излучения, выходной изолятор дополнительно включен внутрирезонаторный контроллер поляризации, выполненный управляющим режимом генерации источника, настраивающий параметры выходного лазерного излучения, состоящего из периодической последовательности оптических импульсов, первое пассивное оптическое волокно, расположенное между активным оптическим волокном и пропускающим выходным зеркалом, второе пассивное оптическое волокно, расположенное между плотным зеркалом и активным оптическим волокном, причем длины первого пассивного оптического волокна и второго пассивного оптического волокна подобраны таким образом, чтобы длина части низкодобротного резонатора, где интенсивности двух встречных оптических волн различаются более чем в два раза, была не менее одной шестой части от всей длины низкодобротного резонатора для получения одночастотного режима генерации, спектральный фильтр, расположенный между плотным зеркалом и пропускающим выходным зеркалом, выполненный задающим спектральную область сканирования частоты, причем активное оптическое волокно выполнено содержащим одномодовую сердцевину, легированную иттербием, либо эрбием, либо неодимом, либо тулием, либо гольмием, далее источник накачивающего излучения выполнен в виде хотя бы одного лазера, генерирующего лазерное излучение на длинах волн в диапазоне 900-990 нм при активном оптическом волокне, выполненном содержащим одномодовую сердцевину легированную иттербием, источник накачивающего излучения выполнен в виде хотя бы одного лазера, генерирующего лазерное излучение на длинах волн в диапазоне 900-990 нм, либо в диапазоне 1450-1490 нм при активном оптическом волокне, выполненном содержащим одномодовую сердцевину легированную эрбием источник накачивающего излучения выполнен в виде хотя бы одного лазера, генерирующего лазерное излучение на длинах волн в диапазоне 800-820 нм, либо в диапазоне 870-900 нм при активном оптическом волокне, выполненном содержащим одномодовую сердцевину легированную неодимом, источник накачивающего излучения выполнен в виде хотя бы одного лазера, генерирующего лазерное излучение на длинах волн в диапазоне 720-810 нм, либо в диапазоне 1100-1300 нм, либо в диапазоне 1500-2000 нм при активном оптическом волокне, выполненном содержащим одномодовую сердцевину легированную тулием, источник накачивающего излучения выполнен в виде хотя бы одного лазера, генерирующего лазерное излучение на длинах волн в диапазоне 1100-1220 нм, либо в диапазоне 1900-2100 нм при активном оптическом волокне, выполненном содержащим одномодовую сердцевину легированную гольмием, причем узел ввода накачивающего излучения выполнен в виде объединителя накачивающего излучения, при активном оптическом волокне, выполненном содержащим многомодовую оболочку, узел ввода накачивающего излучения выполнен в виде спектрально-селективного разветвителя, причем пропускающее выходное зеркало выполнено в виде волоконного разветвителя с первым и вторым входными портами и первым и вторым выходными портами с коэффициентом ветвления в диапазоне 1%-99% при этом второй входной порт не имеет отражения, а второй выходной порт имеет отражение Френеля, пропускающее выходное зеркало выполнено в виде волоконного разветвителя с первым и вторым входными портами и первым и вторым выходными портами с коэффициентом ветвления в диапазоне 1%-70%, при этом второй входной порт не имеет отражения, а второй выходной порт соединен с объемным зеркалом с коэффициентом отражения не менее 50% и имеющим волоконный вход, пропускающее выходное зеркало выполнено в виде волоконной брэгговской решетки с коэффициентом отражения в максимуме не более 50%., причем плотное зеркало выполнено в виде объемного зеркала с коэффициентом отражения не менее 50% и имеющее волоконный вход, плотное зеркало выполнено в виде волоконного разветвителя с первым и вторым входными портами и первым и вторым выходными портами с коэффициентом ветвления в диапазоне 15%-85% с соединенными между собой первым и вторым выходными портами, образующих волоконное кольцо и вставленным в волоконное кольцо контроллером поляризации, при этом второй входной порт не имеет отражения, плотное зеркало выполнено в виде волоконной брэгговской решетки с коэффициентом отражения в максимуме не менее 50%, причем спектральный фильтр выполнен в виде волоконного спектрально-селективного разветвителя, спектральный фильтр выполнен в виде объемного спектрального фильтра с волоконным входом и волоконным выходом, спектральный фильтр выполнен в виде волокна, содержащим одномодовую сердцевину, спектральный фильтр выполнен в виде длиннопериодной волоконной решетки.The problem is solved in that, according to the first embodiment, a fiber source of a unidirectional single-frequency polarized laser radiation with passive frequency scanning containing an active optical fiber placed in a low-Q cavity formed by a dense mirror with a reflection coefficient of more than 50% and a transmitting output mirror with a reflection coefficient of not more than 50%, pumping radiation input unit, at least one pumping radiation source, output insulator additionally included a polarization controller made by the control mode of the source generation, adjusting the parameters of the output laser radiation, consisting of a periodic sequence of optical pulses, the first passive optical fiber located between the active optical fiber and the transmitting output mirror, the second passive optical fiber located between the dense mirror and the active optical fiber, and the lengths of the first passive optical fiber and the second passive optical fiber under so that the length of the part of the low-Q cavity, where the intensities of the two opposing optical waves differ by more than two times, is at least one sixth of the entire length of the low-Q cavity to obtain a single-frequency generation regime, a spectral filter located between the dense mirror and the transmitting output a mirror made specifying the spectral region of frequency scanning, and the active optical fiber is made containing a single-mode core doped with ytterbium, or erbium, or neodymium, or thulium, or holmium, then the source of pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range 900-990 nm with an active optical fiber made containing ytterbium-doped single-core core, pumping source made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 900-990 nm, or in the range of 1450-1490 nm with an active optical fiber made containing a single-mode heart the erbium-doped pumping radiation source is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range 800-820 nm, or in the range 870-900 nm with an active optical fiber made containing a single-mode neodymium doped core, the pumping radiation source is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 720-810 nm, or in the range of 1100-1300 nm, or in the range of 1500-2000 nm with an active optical fiber made of thulium doped single-core core, the source of pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range 1100-1220 nm, or in the range 1900-2100 nm with an active optical fiber made with holmium doped with a single mode core, wherein the input of the pumping radiation is made in the form of a combiner of the pumping radiation, with an active optical fiber made containing a multimode sheath, the site of the input of the pumping radiation is made in the form e of a spectrally selective splitter, wherein the transmitting output mirror is made in the form of a fiber splitter with first and second input ports and first and second output ports with a branching coefficient in the range of 1% -99%, while the second input port is not reflected, and the second output port has a Fresnel reflection, the transmitting output mirror is made in the form of a fiber splitter with the first and second input ports and the first and second output ports with a branching coefficient in the range of 1% -70%, while the second input the port has no reflection, and the second output port is connected to a volume mirror with a reflection coefficient of at least 50% and having a fiber input, the output mirror passing through is made in the form of a fiber Bragg grating with a reflection coefficient of at most 50%., and a dense mirror is made in in the form of a volume mirror with a reflection coefficient of at least 50% and having a fiber input, a dense mirror is made in the form of a fiber splitter with first and second input ports and first and second output ports with a wind coefficient phenomena in the range of 15% -85% with the first and second output ports interconnected, forming a fiber ring and a polarization controller inserted into the fiber ring, while the second input port is not reflected, the dense mirror is made in the form of a fiber Bragg grating with a reflection coefficient of a maximum of not less than 50%, and the spectral filter is made in the form of a fiber spectrally selective coupler, the spectral filter is made in the form of a volumetric spectral filter with a fiber input and fiber output ohm, the spectral filter is configured as a fiber comprising a single-mode core, the spectral filter is configured as a long-period fiber grating.

По второму варианту в волоконный источник однонаправленного одночастотного поляризованного лазерного излучения с пассивным сканированием частоты содержащий активное оптическое волокно, помещенное в низкодобротный резонатор, образованный плотным зеркалом с коэффициентом отражения более 50% и пропускающим выходным зеркалом с коэффициентом отражения не более 50%, узел ввода накачивающего излучения, хотя бы один источник накачивающего излучения, выходной изолятор дополнительно включен внутрирезонаторный контроллер поляризации, выполненный управляющим режимом генерации источника, настраивающий параметры выходного лазерного излучения, состоящего из периодической последовательности оптических импульсов, первое пассивное оптическое волокно, расположенное между активным оптическим волокном и пропускающим выходным зеркалом, второе пассивное оптическое волокно, расположенное между плотным зеркалом и активным оптическим волокном, причем длины первого пассивного оптического волокна и второго пассивного оптического волокна подобраны таким образом, чтобы длина части низкодобротного резонатора, где интенсивности двух встречных оптических волн различаются более чем в два раза, была не менее одной шестой части от всей длины низкодобротного резонатора для получения одночастотного режима генерации, спектральный фильтр, расположенный между плотным зеркалом и пропускающим выходным зеркалом, выполненный задающим спектральную область сканирования частоты, выходной контроллер поляризации и поляризационный селектор, расположенные после выходного изолятора, выполненные селектирующими линейную поляризацию выходного лазерного излучения, причем активное оптическое волокно выполнено содержащим одномодовую сердцевину, легированную иттербием, либо эрбием, либо неодимом, либо тулием, либо гольмием, далее источник накачивающего излучения выполнен в виде хотя бы одного лазера, генерирующего лазерное излучение на длинах волн в диапазоне 900-990 нм при активном оптическом волокне, выполненном содержащим одномодовую сердцевину легированную иттербием, источник накачивающего излучения выполнен в виде хотя бы одного лазера, генерирующего лазерное излучение на длинах волн в диапазоне 900-990 нм, либо в диапазоне 1450-1490 нм при активном оптическом волокне, выполненном содержащим одномодовую сердцевину легированную эрбием, источник накачивающего излучения выполнен в виде хотя бы одного лазера, генерирующего лазерное излучение на длинах волн в диапазоне 800-820 нм, либо в диапазоне 870-900 нм при активном оптическом волокне, выполненном содержащим одномодовую сердцевину легированную неодимом, источник накачивающего излучения выполнен в виде хотя бы одного лазера, генерирующего лазерное излучение на длинах волн в диапазоне 720-810 нм, либо в диапазоне 1100-1300 нм, либо в диапазоне 1500-2000 нм при активном оптическом волокне, выполненном содержащим одномодовую сердцевину легированную тулием, источник накачивающего излучения выполнен в виде хотя бы одного лазера, генерирующего лазерное излучение на длинах волн в диапазоне 1100-1220 нм, либо в диапазоне 1900-2100 нм при активном оптическом волокне, выполненном содержащим одномодовую сердцевину легированную гольмием, причем узел ввода накачивающего излучения выполнен в виде объединителя накачивающего излучения, при активном оптическом волокне, выполненном содержащим многомодовую оболочку, узел ввода накачивающего излучения выполнен в виде спектрально-селективного разветвителя, причем пропускающее выходное зеркало выполнено в виде волоконного разветвителя с первым и вторым входными портами и первым и вторым выходными портами с коэффициентом ветвления в диапазоне 1%-99% при этом второй входной порт не имеет отражения, а второй выходной порт имеет отражение Френеля, пропускающее выходное зеркало выполнено в виде волоконного разветвителя с первым и вторым входными портами и первым и вторым выходными портами с коэффициентом ветвления в диапазоне 1%-70%, при этом второй входной порт не имеет отражения, а второй выходной порт соединен с объемным зеркалом с коэффициентом отражения не менее 50% и имеющим волоконный вход, пропускающее выходное зеркало выполнено в виде волоконной брэгговской решетки с коэффициентом отражения в максимуме не более 50%, причем плотное зеркало выполнено в виде объемного зеркала с коэффициентом отражения не менее 50% и имеющее волоконный вход, плотное зеркало выполнено в виде волоконного разветвителя с первым и вторым входными портами и первым и вторым выходными портами с коэффициентом ветвления в диапазоне 15%-85% с соединенными между собой первым и вторым выходными портами, образующих волоконное кольцо и вставленным в волоконное кольцо контроллером поляризации, при этом второй входной порт не имеет отражения, плотное зеркало выполнено в виде волоконной брэгговской решетки с коэффициентом отражения в максимуме не менее 50%, причем спектральный фильтр выполнен в виде волоконного спектрально-селективного разветвителя, спектральный фильтр выполнен в виде объемного спектрального фильтра с волоконным входом и волоконным выходом, спектральный фильтр выполнен в виде волокна, содержащим одномодовую сердцевину, спектральный фильтр выполнен в виде длиннопериодной волоконной решетки, причем поляризационный селектор выполнен в виде поляризатора с волоконным входом и волоконным выходом, поляризационный селектор выполнен в виде поляризационного делителя с волоконным выходом и волоконным входом.According to the second variant, a fiber-optic source of unidirectional single-frequency polarized laser radiation with passive frequency scanning contains an active optical fiber placed in a low-Q resonator formed by a dense mirror with a reflection coefficient of more than 50% and a transmitting output mirror with a reflection coefficient of not more than 50%, an input unit for pumping radiation , at least one source of pumping radiation, the output insulator is additionally included intracavity polarization controller, controlled by the source generation control mode, adjusting the parameters of the output laser radiation consisting of a periodic sequence of optical pulses, the first passive optical fiber located between the active optical fiber and the transmitting output mirror, the second passive optical fiber located between the dense mirror and the active optical fiber, the first passive optical fiber and the second passive optical fiber are selected so that the length of the part of a low-Q resonator, where the intensities of two counterpropagating optical waves differ by more than a factor of two, there was at least one sixth of the entire length of the low-Q resonator to obtain a single-frequency lasing regime, a spectral filter located between a dense mirror and a transmitting output mirror, specifying the spectral region of scanning frequencies, an output polarization controller and a polarization selector located after the output isolator, made by selecting linear polarization July of the output laser radiation, the active optical fiber being made containing a single-mode core doped with ytterbium, or erbium, or neodymium, or thulium, or holmium, then the source of pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 900 -990 nm with an active optical fiber made of ytterbium doped with a single-mode core, the source of pumping radiation is made in the form of at least one laser generating a laser radiation at wavelengths in the range of 900-990 nm, or in the range of 1450-1490 nm with an active optical fiber made containing an erbium-doped single-mode core, the source of pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 800 -820 nm, or in the range of 870-900 nm with an active optical fiber made containing a single-mode core doped with neodymium, the source of pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 720-810 nm, or in the range of 1100-1300 nm, or in the range of 1500-2000 nm with an active optical fiber made containing thulium doped with a single mode core, the pumping radiation source is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 1100-1220 nm, or in the range of 1900-2100 nm with an active optical fiber made containing holmium doped with a single mode core, wherein the pump radiation input unit is made in the form of a pump combiner radiation, with an active optical fiber made containing a multimode cladding, the input unit of the pumping radiation is made in the form of a spectrally selective coupler, and the transmitting output mirror is made in the form of a fiber splitter with the first and second input ports and the first and second output ports with a branching coefficient of in the range of 1% -99%, while the second input port has no reflection, and the second output port has a Fresnel reflection, the transmitting output mirror is made in the form of fiber device with the first and second input ports and the first and second output ports with a branching coefficient in the range of 1% -70%, while the second input port is not reflected, and the second output port is connected to a volume mirror with a reflection coefficient of at least 50% and having the fiber input passing the output mirror is made in the form of a fiber Bragg grating with a reflection coefficient at the maximum of not more than 50%, and the dense mirror is made in the form of a volume mirror with a reflection coefficient of at least 50% and having a fiber input This mirror is made in the form of a fiber splitter with the first and second input ports and the first and second output ports with a branching coefficient in the range of 15% -85% with the first and second output ports connected together, forming a fiber ring and a polarization controller inserted into the fiber ring, the second input port is not reflected, the dense mirror is made in the form of a fiber Bragg grating with a reflection coefficient at the maximum of at least 50%, and the spectral filter is made in the form of a fiber with a spectral selective splitter, the spectral filter is made in the form of a volumetric spectral filter with a fiber input and a fiber output, the spectral filter is made in the form of a fiber containing a single-mode core, the spectral filter is made in the form of a long-period fiber grating, and the polarizing selector is made in the form of a polarizer with a fiber input and fiber output, the polarization selector is made in the form of a polarization divider with a fiber output and a fiber input.

По третьему варианту в волоконный источник однонаправленного одночастотного поляризованного лазерного излучения с пассивным сканированием частоты содержащий активное оптическое волокно, помещенное в низкодобротный резонатор, образованный плотным зеркалом с коэффициентом отражения более 50% и пропускающим выходным зеркалом с коэффициентом отражения не более 50%, узел ввода накачивающего излучения, хотя бы один источник накачивающего излучения, выходной изолятор дополнительно включено первое пассивное оптическое волокно, расположенное между активным оптическим волокном и пропускающим выходным зеркалом, второе пассивное оптическое волокно, расположенное между плотным зеркалом и активным оптическим волокном, причем длины первого пассивного оптического волокна и второго пассивного оптического волокна подобраны таким образом, чтобы длина части низкодобротного резонатора, где интенсивности двух встречных оптических волн различаются более чем в два раза, была не менее одной шестой части от всей длины низкодобротного резонатора для получения одночастотного режима генерации, спектральный фильтр, расположенный между плотным зеркалом и пропускающим выходным зеркалом, выполненный задающим спектральную область сканирования частоты, при этом все элементы низкодобротного резонатора выполнены из волокна с поддержкой линейной поляризации, причем активное оптическое волокно выполнено содержащим одномодовую сердцевину, легированную иттербием, либо эрбием, либо неодимом, либо тулием, либо гольмием, далее источник накачивающего излучения выполнен в виде хотя бы одного лазера, генерирующего лазерное излучение на длинах волн в диапазоне 900-990 нм при активном оптическом волокне, выполненном содержащим одномодовую сердцевину легированную иттербием, источник накачивающего излучения выполнен в виде хотя бы одного лазера, генерирующего лазерное излучение на длинах волн в диапазоне 900-990 нм, либо в диапазоне 1450-1490 нм при активном оптическом волокне, выполненном содержащим одномодовую сердцевину легированную эрбием, источник накачивающего излучения выполнен в виде хотя бы одного лазера, генерирующего лазерное излучение на длинах волн в диапазоне 800-820 нм либо в диапазоне 870-900 нм при активном оптическом волокне, выполненном содержащим одномодовую сердцевину легированную неодимом, источник накачивающего излучения выполнен в виде хотя бы одного лазера, генерирующего лазерное излучение на длинах волн в диапазоне 720-810 нм, либо в диапазоне 1100-1300 нм, либо в диапазоне 1500-2000 нм при активном оптическом волокне, выполненном содержащим одномодовую сердцевину легированную тулием, источник накачивающего излучения выполнен в виде хотя бы одного лазера, генерирующего лазерное излучение на длинах волн в диапазоне 1100-1220 нм, либо в диапазоне 1900-2100 нм при активном оптическом волокне, выполненном содержащим одномодовую сердцевину легированную гольмием, причем узел ввода накачивающего излучения выполнен в виде объединителя накачивающего излучения, при активном оптическом волокне, выполненном содержащим многомодовую оболочку, узел ввода накачивающего излучения выполнен в виде спектрально-селективного разветвителя, причем пропускающее выходное зеркало выполнено в виде волоконного разветвителя с первым и вторым входными портами и первым и вторым выходными портами с коэффициентом ветвления в диапазоне 1%-99% при этом второй входной порт не имеет отражения, а второй выходной порт имеет отражение Френеля, пропускающее выходное зеркало выполнено в виде волоконного разветвителя с первым и вторым входными портами и первым и вторым выходными портами с коэффициентом ветвления в диапазоне 1%-70%, при этом второй входной порт не имеет отражения, а второй выходной порт соединен с объемным зеркалом с коэффициентом отражения не менее 50% и имеющим волоконный вход, пропускающее выходное зеркало выполнено в виде волоконной брэгговской решетки с коэффициентом отражения в максимуме не более 50%, причем плотное зеркало выполнено в виде объемного зеркала с коэффициентом отражения не менее 50% и имеющее волоконный вход, плотное зеркало выполнено в виде волоконного разветвителя с первым и вторым входными портами и первым и вторым выходными портами с коэффициентом ветвления в диапазоне 15%-85% с соединенными между собой первым и вторым выходными портами, образующих волоконное кольцо, при этом второй входной порт не имеет отражения, плотное зеркало выполнено в виде волоконной брэгговской решетки с коэффициентом отражения в максимуме не менее 50%, причем спектральный фильтр выполнен в виде волоконного спектрально-селективного разветвителя, спектральный фильтр выполнен в виде объемного спектрального фильтра с волоконным входом и волоконным выходом, спектральный фильтр выполнен в виде волокна, содержащим одномодовую сердцевину, спектральный фильтр выполнен в виде длиннопериодной волоконной решетки.According to the third option, in a fiber source of unidirectional single-frequency polarized laser radiation with passive frequency scanning containing an active optical fiber placed in a low-Q cavity formed by a dense mirror with a reflection coefficient of more than 50% and a transmitting output mirror with a reflection coefficient of not more than 50%, the input site of the pumping radiation , at least one source of pumping radiation, the output insulator is additionally included the first passive optical fiber, located located between the active optical fiber and the transmitting output mirror, a second passive optical fiber located between the dense mirror and the active optical fiber, the lengths of the first passive optical fiber and the second passive optical fiber being selected so that the length of the low-Q cavity, where the intensities of the two opposing optical waves differ more than twice, there was at least one sixth of the entire length of the low-Q cavity to obtain a single-frequency regime r generation, a spectral filter located between the dense mirror and the transmitting output mirror, which defines the spectral region of frequency scanning, while all elements of the low-Q cavity are made of fiber with linear polarization support, and the active optical fiber is made containing a single-mode core doped with ytterbium or erbium, either neodymium, or thulium, or holmium, then the source of pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation operation at wavelengths in the range 900-990 nm with an active optical fiber made containing ytterbium doped with a single-mode core, the pumping source is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range 900-990 nm, or in the range of 1450 -1490 nm with an active optical fiber made containing an erbium-doped single-mode core, the pump source is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range e 800-820 nm or in the range of 870-900 nm with an active optical fiber made containing a single-mode neodymium-doped core, the source of pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 720-810 nm, or in the range of 1100–1300 nm, or in the range of 1500–2000 nm with an active optical fiber made with a single-mode core doped with thulium, the source of pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation for a length waves in the range of 1100-1220 nm, or in the range of 1900-2100 nm with an active optical fiber made containing holmium doped with a single mode core, wherein the pump radiation input unit is made in the form of a pump radiation combiner, with an active optical fiber made with a multimode sheath, the input unit of the pumping radiation is made in the form of a spectrally selective splitter, and the transmitting output mirror is made in the form of a fiber splitter with the first and second input ports and the first and second output ports with a branching coefficient in the range of 1% -99%, while the second input port is not reflected, and the second output port has a Fresnel reflection, the transmission output mirror is made in the form of a fiber splitter with the first and second input ports and the first and the second output ports with a branching coefficient in the range of 1% -70%, while the second input port is not reflected, and the second output port is connected to a volume mirror with a reflection coefficient of at least 50% and having a fiber input that passes the driving mirror is made in the form of a fiber Bragg grating with a reflection coefficient at the maximum of no more than 50%, and the dense mirror is made in the form of a volume mirror with a reflection coefficient of at least 50% and having a fiber input, the dense mirror is made in the form of a fiber splitter with the first and second input ports and the first and second output ports with a branching ratio in the range of 15% -85% with the first and second output ports connected to each other forming a fiber ring, while the second input port does not have a negative In particular, the dense mirror is made in the form of a fiber Bragg grating with a reflection coefficient at the maximum of at least 50%, the spectral filter being made in the form of a fiber spectral-selective splitter, the spectral filter is made in the form of a volumetric spectral filter with a fiber input and a fiber output, the spectral filter is made in the form of a fiber containing a single-mode core, the spectral filter is made in the form of a long-period fiber grating.

Техническим результатом заявляемого волоконного источника однонаправленного одночастотного поляризованного лазерного излучения с пассивным сканированием частоты заключается в улучшении амплитудной стабильности интенсивности выходного лазерного излучения, в регуляризации временной динамики интенсивности лазерного излучения, в улучшении поляризационных и спектральных качеств выходного лазерного излучения и в обеспечении возможности сохранения стабильной поляризации лазерного излучения на выходе, а так же в расширении области применения и ассортимента устройств данного назначения.The technical result of the claimed fiber source of unidirectional single-frequency polarized laser radiation with passive frequency scanning is to improve the amplitude stability of the intensity of the output laser radiation, to regularize the temporal dynamics of the intensity of the laser radiation, to improve the polarization and spectral qualities of the output laser radiation and to ensure the possibility of maintaining stable polarization of the laser radiation at the exit, as well as in the expansion of the field USAGE and range of the destination device.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого по первому варианту волоконного источника однонаправленного одночастотного поляризованного лазерного излучения с пассивным сканированием частоты, где 1 - активное оптическое волокно, 2 - плотное зеркало, 3 - пропускающее выходное зеркало, 4 - узел ввода накачивающего излучения, 5 - источник накачивающего излучения, 6 - выходной изолятор, 7 - внутрирезонаторный контроллер поляризации, 8 - первое пассивное оптическое волокно, 9 - второе пассивное оптическое волокно, 10 - спектральный фильтр.In FIG. 1 is a diagram of the inventive first variant fiber source of a unidirectional single-frequency polarized laser radiation with passive frequency scanning, where 1 is an active optical fiber, 2 is a dense mirror, 3 is an output mirror transmitting, 4 is a pump radiation input unit, 5 is a pump radiation source, 6 - output insulator, 7 - intracavity polarization controller, 8 - first passive optical fiber, 9 - second passive optical fiber, 10 - spectral filter.

На фиг. 2 представлена схема заявляемого по второму варианту волоконного источника однонаправленного одночастотного поляризованного лазерного излучения с пассивным сканированием частоты с улучшенным качеством поляризации выходного излучения, где 1 - активное оптическое волокно, 2 - плотное зеркало, 3 - пропускающее выходное зеркало, 4 - узел ввода накачивающего излучения, 5 - источник накачивающего излучения, 6 - выходной изолятор, 7 - внутрирезонаторный контроллер поляризации, 8 - первое пассивное оптическое волокно, 9 - второе пассивное оптическое волокно, 10 - спектральный фильтр, 11 - выходной контроллер поляризации, 12 - поляризационный селектор.In FIG. 2 is a diagram of the inventive second embodiment of a fiber source of unidirectional single-frequency polarized laser radiation with passive frequency scanning with improved quality of output radiation polarization, where 1 is an active optical fiber, 2 is a dense mirror, 3 is an transmitting output mirror, 4 is a pump radiation input unit, 5 - source of pumping radiation, 6 - output insulator, 7 - intracavity polarization controller, 8 - first passive optical fiber, 9 - second passive optical Sokolno, 10 - spectral filter, 11 - output polarization controller, 12 - polarization selector.

На фиг. 3 представлена схема заявляемого по третьему варианту волоконного источника однонаправленного одночастотного поляризованного лазерного излучения с пассивным сканированием частоты выполненного из волокна с поддержкой линейной поляризации, где 1 - активное оптическое волокно, 2 - плотное зеркало, 3 - пропускающее выходное зеркало, 4 - узел ввода накачивающего излучения, 5 - источник накачивающего излучения, 6 - выходной изолятор, 8 - первое пассивное оптическое волокно, 9 - второе пассивное оптическое волокно, 10 - спектральный фильтр.In FIG. 3 is a diagram of the inventive, according to the third embodiment, fiber source of a unidirectional single-frequency polarized laser radiation with passive frequency scanning made of fiber with support for linear polarization, where 1 is an active optical fiber, 2 is a dense mirror, 3 is an output mirror transmitting, 4 is a pump radiation input unit , 5 — source of pumping radiation, 6 — output insulator, 8 — first passive optical fiber, 9 — second passive optical fiber, 10 — spectral filter.

На фиг. 4 представлена схема реализации выходного пропускающего зеркала, где 13 - волоконный разветвитель, 14 - первый входной порт, 15 - второй входной порт, 16 - первый выходной порт, 17 - второй выходной порт.In FIG. 4 is a diagram of an implementation of an output transmission mirror, where 13 is a fiber splitter, 14 is a first input port, 15 is a second input port, 16 is a first output port, 17 is a second output port.

На фиг. 5 представлена схема реализации выходного пропускающего зеркала, где 13 - волоконный разветвитель, 14 - первый входной порт, 15 - второй входной порт, 16 - первый выходной порт, 17 - второй выходной порт, 18 - объемное зеркало, имеющее волоконный вход.In FIG. 5 is a diagram of an implementation of an output transmission mirror, where 13 is a fiber splitter, 14 is a first input port, 15 is a second input port, 16 is a first output port, 17 is a second output port, 18 is a bulk mirror having a fiber input.

На фиг. 6 представлена схема реализации плотного зеркала, где 13 - волоконный разветвитель, 14 - первый входной порт, 15 - второй входной порт, 16 - первый выходной порт, 17 - второй выходной порт, 19 - контроллер поляризации.In FIG. 6 is a diagram of a dense mirror implementation, where 13 is a fiber splitter, 14 is a first input port, 15 is a second input port, 16 is a first output port, 17 is a second output port, 19 is a polarization controller.

На фиг. 7 представлена схема реализации плотного зеркала, где 13 - волоконный разветвитель, 14 - первый входной порт, 15 - второй входной порт, 16 - первый выходной порт, 17 - второй выходной порт.In FIG. 7 is a diagram of a dense mirror implementation, where 13 is a fiber splitter, 14 is a first input port, 15 is a second input port, 16 is a first output port, 17 is a second output port.

Заявляемый по первому варианту волоконный источник однонаправленного одночастотного поляризованного лазерного излучения с пассивным сканированием частоты работает следующим образом.Declared in the first embodiment, a fiber source of unidirectional single-frequency polarized laser radiation with passive frequency scanning operates as follows.

Источник содержит активное оптическое волокно 1, помещенное в низкодобротный резонатор, образованный плотным зеркалом 2 с коэффициентом отражения более 50% и пропускающим выходным зеркалом 3 с коэффициентом отражения не более 50%, узел ввода накачивающего излучения 4, хотя бы один источник накачивающего излучения 5, выходной изолятор 6.The source contains an active optical fiber 1 placed in a low-Q resonator formed by a dense mirror 2 with a reflection coefficient of more than 50% and a transmitting output mirror 3 with a reflection coefficient of not more than 50%, an input unit for pumping radiation 4, at least one source of pumping radiation 5, output insulator 6.

Лазерное излучение одного или нескольких источников накачивающего излучения 5 заводится через узел ввода накачивающего излучения 4 в активное оптическое волокно 1, причем активное оптическое волокно 1 может быть выполнено содержащим одномодовую сердцевину, легированное иттербием либо эрбием либо неодимом либо тулием или гольмием и создает инверсную населенность уровней энергии легирующего элемента, что приводит к усилению интенсивности поля оптического сигнала, распространяющегося по оптическому волокну в области длин волн полосы усиления легирующего элемента активного оптического волокна 1. Узел ввода накачивающего излучения 4 может быть выполнен в виде спектрально-селективного разветвителя. В случае если активное оптическое волокно выполнено содержащим многомодовую оболочку узел ввода накачивающего излучения 4 может быть выполнен в виде объединителя накачивающего излучения. Длина волны генерации источника накачивающего излучения 5 определяется используемым легирующим элементом активного оптического волокна 1, выполненного содержащим одномодовую сердцевину: в диапазоне 900-990 нм для иттербия, в диапазоне 900-990 нм либо в диапазоне 1450-1490 нм для эрбия, в диапазоне 800-820 нм либо в диапазоне 870-900 нм для неодима, в диапазоне 720-810 нм, либо в диапазоне 1100-1300 нм, либо в диапазоне 1500-2000 нм для тулия, в диапазоне 1100-1220 нм, либо в диапазоне 1900-2100 нм для гольмия.The laser radiation of one or more sources of pumping radiation 5 is brought through the input unit of the pumping radiation 4 into the active optical fiber 1, and the active optical fiber 1 can be made containing a single-mode core doped with ytterbium or erbium or neodymium or thulium or holmium and creates an inverse population of energy levels doping element, which leads to increased field intensity of the optical signal propagating along the optical fiber in the region of the wavelengths of the strip Ylenia active alloying element of the optical fiber 1. The pumping light input unit 4 may be configured as a spectrally selective splitter. If the active optical fiber is made containing a multimode sheath, the input unit of the pumping radiation 4 can be made in the form of a combinator of the pumping radiation. The wavelength of the generation of the pumping radiation source 5 is determined by the doping element used in the active optical fiber 1, made containing a single-mode core: in the range of 900-990 nm for ytterbium, in the range of 900-990 nm or in the range of 1450-1490 nm for erbium, in the range of 800- 820 nm either in the range of 870-900 nm for neodymium, in the range of 720-810 nm, or in the range of 1100-1300 nm, or in the range of 1500-2000 nm for thulium, in the range of 1100-1220 nm, or in the range of 1900-2100 nm for holmium.

Усиленный оптический сигнал распространяется в низкодобротном резонаторе, образованный плотным зеркалом 2 с коэффициентом отражения более 50% и пропускающим выходным зеркалом 3 с коэффициентом отражения не более 50%. Пропускающее выходное зеркало 3 может быть выполнено в виде волоконного разветвителя 13 с первым и вторым входными портами 14, 15 и первым и вторым выходными портами 16, 17 с коэффициентом ветвления от 1% до 99% при этом второй входной порт 15 не имеет отражения, а второй выходной порт 17 имеет отражение Френеля; в виде волоконного разветвителя 13 с первым и вторым входными портами 14, 15 и первым и вторым выходными портами 16, 17 с коэффициентом ветвления от 1% до 70%, при этом второй входной порт 15 не имеет отражения, а второй выходной порт 17 соединен с объемным зеркалом 18 с коэффициентом отражения не менее 50% и имеющим волоконный вход; в виде волоконной брэгговской решетки с коэффициентом отражения в максимуме не более 50%. Плотное зеркало 2 может быть выполнено в виде объемного зеркала с коэффициентом отражения не менее 50% и имеющее волоконный вход; в виде волоконного разветвителя 13 с первым и вторым входными портами 14, 15 и первым и вторым выходными портами 16, 17 с коэффициентом ветвления от 15% до 85% с соединенными между собой первым и вторым выходными портами, образующих волоконное кольцо и вставленным в волоконное кольцо контроллером поляризации 19, при этом второй входной порт 15 не имеет отражения; в виде волоконной брэгговской решетки с коэффициентом отражения в максимуме не менее 50%.The amplified optical signal propagates in a low-Q cavity formed by a dense mirror 2 with a reflection coefficient of more than 50% and a transmitting output mirror 3 with a reflection coefficient of not more than 50%. The transmitting output mirror 3 can be made in the form of a fiber splitter 13 with the first and second input ports 14, 15 and the first and second output ports 16, 17 with a branching ratio from 1% to 99%, while the second input port 15 is not reflected, and the second output port 17 has a Fresnel reflection; in the form of a fiber splitter 13 with first and second input ports 14, 15 and first and second output ports 16, 17 with a branching ratio from 1% to 70%, while the second input port 15 is not reflected, and the second output port 17 is connected to volumetric mirror 18 with a reflection coefficient of at least 50% and having a fiber input; in the form of a fiber Bragg grating with a reflection coefficient at the maximum of not more than 50%. Dense mirror 2 can be made in the form of a volume mirror with a reflection coefficient of at least 50% and having a fiber input; in the form of a fiber splitter 13 with first and second input ports 14, 15 and first and second output ports 16, 17 with a branching ratio of 15% to 85% with interconnected first and second output ports forming a fiber ring and inserted into the fiber ring the polarization controller 19, while the second input port 15 is not reflected; in the form of a fiber Bragg grating with a reflection coefficient at the maximum of at least 50%.

Низкая добротность резонатора приводит к тому, что генерация лазерного излучения происходит в режиме самопульсаций. При превышении коэффициента усиления интенсивности поля оптического сигнала в активном оптическом волокне 1 над коэффициентом полных потерь в низкодобротном резонаторе достигаются условия для генерации лазерного излучения. В этом случае, интенсивность поля одной из продольных мод начинает экспоненциально расти, что ведет к постепенному уменьшению инверсной населенности уровней энергии легирующего элемента. Это приводит к тому, что коэффициент усиления интенсивности поля моды становиться меньше коэффициента ее потерь, и генерация лазерного излучения прекращается. Продольная неоднородность интенсивности поля одной продольной моды приводит к зависимости инверсной населенности уровней энергии легирующего элемента от продольной координаты низкодобротного резонатора. В свою очередь продольная неоднородность инверсной населенности уровней энергии легирующего элемента приведет как к пространственной модуляции коэффициента усиления интенсивности поля оптического сигнала, так и к модуляции показателя преломления в активном оптическом волокне. Другими словами, можно сказать, что продольная неоднородность инверсной населенности уровней энергии легирующего элемента приведет к записи в активном оптическом волокне 1 долгоживущих решеток коэффициента усиления интенсивности поля оптического сигнала и показателя преломления. Зависимость коэффициента усиления интенсивности поля оптического сигнала от продольной координаты (решетка коэффициента усиления) означает, что эффективный коэффициент усиления интенсивности поля для разных продольных мод будет разный. При этом эффективный коэффициент усиления интенсивности поля моды, которая записала решетку, будет минимальным. Это связано с тем, что в пучностях стоячей волны продольной моды, где интенсивность поля максимальна, значение инверсной населенности уровней энергии легирующего элемента минимально. Зависимость показателя преломления в активном оптическом волокне от продольной координаты (решетка показателя преломления) означает, что для разных продольных мод будут различные коэффициенты потерь интенсивности их полей.The low quality factor of the resonator leads to the fact that the generation of laser radiation occurs in the self-pulsation mode. If the gain of the field intensity of the optical signal in the active optical fiber 1 exceeds the total loss factor in the low-Q cavity, conditions are achieved for the generation of laser radiation. In this case, the field intensity of one of the longitudinal modes begins to grow exponentially, which leads to a gradual decrease in the inverse population of the energy levels of the alloying element. This leads to the fact that the gain of the field intensity of the mode becomes less than the coefficient of its losses, and the generation of laser radiation ceases. The longitudinal nonuniformity of the field intensity of one longitudinal mode leads to the dependence of the inverse population of the energy levels of the alloying element on the longitudinal coordinate of the low-Q cavity. In turn, the longitudinal heterogeneity of the inverse population of the energy levels of the alloying element will lead to both spatial modulation of the gain of the field intensity of the optical signal and modulation of the refractive index in the active optical fiber. In other words, it can be said that the longitudinal heterogeneity of the inverse population of the energy levels of the alloying element will lead to the recording in the active optical fiber 1 of long-lived gratings of the gain of the field intensity of the optical signal and the refractive index. The dependence of the gain of the field intensity of the optical signal on the longitudinal coordinate (grating of the gain) means that the effective gain of the field intensity for different longitudinal modes will be different. In this case, the effective gain of the field intensity of the mode that recorded the lattice will be minimal. This is due to the fact that in the antinodes of the standing wave of the longitudinal mode, where the field intensity is maximum, the inverse population of the energy levels of the alloying element is minimal. The dependence of the refractive index in the active optical fiber on the longitudinal coordinate (the lattice of the refractive index) means that for different longitudinal modes there will be different loss factors for the intensity of their fields.

Амплитуда неоднородности инверсной населенности уровней энергии легирующего элемента зависит от поляризационных состояний встречных оптических волн. По этой причине для получения наибольшего контраста модуляции неоднородности, который будет слабо зависеть от длины волны лазерного излучения необходимо согласовать поляризационные состояния двух встречных оптических волн. Для этого в источник дополнительно включен внутрирезонаторный контроллер поляризации 7, выполненный управляющим режимом генерации источника, настраивающий параметры выходного лазерного излучения, состоящего из периодической последовательности оптических импульсов.The amplitude of the heterogeneity of the inverse population of the energy levels of the doping element depends on the polarization states of the opposing optical waves. For this reason, to obtain the greatest contrast modulation of the inhomogeneity, which will weakly depend on the wavelength of the laser radiation, it is necessary to match the polarization states of the two opposing optical waves. For this, an intracavity polarization controller 7 is additionally included in the source, made by the control mode of source generation, which adjusts the parameters of the output laser radiation consisting of a periodic sequence of optical pulses.

Так как интенсивность накачивающего излучения постоянна во времени, то инверсия населенности постепенно будет нарастать. Рост будет происходить до тех пор, пока коэффициент усиления интенсивности поля для какой-либо моды не начнет снова превышать ее коэффициент потерь. Так как коэффициент усиления интенсивности поля моды, которая создала продольную неоднородность инверсной населенности уровней энергии легирующего элемента, минимален, то возможность повторной генерации этой моды будет подавлена. Это означает, что далее в генерации лазерного излучения появятся другие продольные моды с другими оптическими частотами, а во временной динамике интенсивности лазерного излучения появится новый оптический импульс. При этом скачок оптической частоты между импульсами будет кратен частоте межмодовых биений низкодобротного резонатора. Далее процесс изменения оптической частоты повторится для новой моды. Такое самоиндуцированное изменение частоты и называется пассивное сканирование частоты (ПСЧ).Since the intensity of the pumping radiation is constant in time, the population inversion will gradually increase. The growth will occur until the gain of the field intensity for any mode begins to again exceed its loss coefficient. Since the gain of the intensity of the mode field, which created a longitudinal inhomogeneity of the inverse population of the energy levels of the doping element, is minimal, the possibility of the repeated generation of this mode will be suppressed. This means that further in the generation of laser radiation other longitudinal modes with different optical frequencies will appear, and a new optical pulse will appear in the temporal dynamics of the laser radiation intensity. In this case, the jump in the optical frequency between pulses will be a multiple of the intermode beat frequency of the low-Q cavity. Next, the process of changing the optical frequency will be repeated for the new mode. This self-induced frequency change is called passive frequency scanning (PSC).

В зависимости от параметров низкодобротного резонатора в генерацию могут выйти различное количество мод, что определяется разностью эффективного коэффициента усиления интенсивности поля и эффективного коэффициента потерь интенсивности поля для каждой моды. В свою очередь, эффективные коэффициенты усиления и потерь интенсивности поля мод определяются параметрами решеток усиления оптического сигнала и показателя преломления соответственно, которые записаны только в активном оптическом волокне 1. Таким образом, варьируя длину и положение активного оптического волокна 1 в низкодобротном резонаторе можно получать различные условия на конкуренцию новых продольных мод. При этом необходимо учесть, что основной вклад в селекцию продольных мод вносит та часть активной среды, в которой интенсивности встречных оптических волн различаются более чем в два раза, длина которой равна:Depending on the parameters of the low-Q cavity, a different number of modes can go into generation, which is determined by the difference between the effective field intensity gain and the effective field intensity loss coefficient for each mode. In turn, the effective gain and loss of mode field intensity are determined by the parameters of the optical signal and refractive index gratings, respectively, which are recorded only in the active optical fiber 1. Thus, by varying the length and position of the active optical fiber 1 in the low-Q cavity, various conditions can be obtained to the competition of new longitudinal modes. It should be noted that the main contribution to the selection of longitudinal modes is made by that part of the active medium in which the intensities of the opposing optical waves differ by more than two times, the length of which is equal to:

где R_Н - коэффициент отражения плотного зеркала 2, R_Т - коэффициент отражения пропускающего выходного зеркала 3, l - длина активного оптического волокна 1. Таким образом, часть активной среды не вносит вклада в селекцию мод. Из выражения, в частности следует, что при коэффициенте отражения пропускающего зеркала R_Т≥0.5 длина становится отрицательной. Это означает, что селекция оптической частоты полностью пропадает и одночастотное ПСЧ не может быть получено. Так как амплитуды оптических волн не изменяются в пассивном волокне, то полная длина волокна, в которой амплитуды встречных оптических волн различаются более чем в два раза, равна:where R _H is the reflection coefficient of the dense mirror 2, R _T is the reflection coefficient of the transmitting output mirror 3, l is the length of the active optical fiber 1. Thus, part of the active medium does not contribute to the mode selection. From the expression, in particular, it follows that when the reflection coefficient of the transmitting mirror R _T ≥0.5, the length becomes negative. This means that the selection of the optical frequency completely disappears and the single-frequency PSP cannot be obtained. Since the amplitudes of the optical waves do not change in the passive fiber, the total fiber length, in which the amplitudes of the opposing optical waves differ by more than two times, is equal to:

где l₀ - полная длина пассивного волокна от пропускающего выходного зеркала 3 до активного оптического волокна 1.where l ₀ is the total length of the passive fiber from the transmitting output mirror 3 to the active optical fiber 1.

Одночастотная генерация означает, что после генерации одной продольной моды с номером p и продольным распределением интенсивности волны I_p(z)=cos²((k₀+πp/L)z) (k₀ - волновое число для моды с нулевым номером, L - полная длина низкодобротного резонатора) условие на генерацию следующего оптического импульса выполняются снова только для одной моды n с продольным распределением интенсивности волны I_n(z)=соs²((k₀+πn/L)z).Single-frequency generation means that after generating one longitudinal mode with number p and a longitudinal distribution of wave intensity I _p (z) = cos ² ((k ₀ + πp / L) z) (k ₀ is the wave number for the mode with zero number, L is the total length of the low-Q cavity) the condition for the generation of the next optical pulse is again satisfied only for one mode n with a longitudinal distribution of the wave intensity I _n (z) = cos ² ((k ₀ + πn / L) z).

Продольное распределение эффективного коэффициента усиления (для решетки усиления) интенсивности поля или коэффициента потерь интенсивности поля (для решетки показателя преломления) для моды n в присутствии решеток от моды p пропорционально соs²(πmz/L), где m=p-n. Неоднородное усиление или потери интенсивности поля для разных мод приведет к тому, что у различных мод будут различные скорости экспоненциального роста их амплитуд во времени. Полная эффективная скорость экспоненциального роста амплитуды моды n пропорциональна интегралу по длине активного оптического волокна 1, где интенсивности встречных волн различаются более чем в два раза:The longitudinal distribution of the effective gain (for the gain lattice) of the field intensity or the field intensity loss coefficient (for the refractive index lattice) for mode n in the presence of lattices from mode p is proportional to cos ² (πmz / L), where m = pn. Inhomogeneous amplification or loss of field intensity for different modes will result in different modes having different rates of exponential growth of their amplitudes over time. The total effective rate of the exponential growth of the amplitude of the mode n is proportional to the integral along the length of the active optical fiber 1, where the intensities of the counterpropagating waves differ more than twice:

Из выражения видно, что различные моды имеют различные скорости экспоненциального роста. Для обеспечения того, чтобы в генерацию вышла только одна мода необходимо, чтобы скорость экспоненциального роста амплитуды моды n была более чем в два раза больше чем для остальных мод. Для удовлетворения этого условия необходимо, чтобы одна треть наибольшего периода осцилляций была не более двух межмодовых расстояний низкодобротного резонатора:It can be seen from the expression that different modes have different rates of exponential growth. To ensure that only one mode emerges into the generation, it is necessary that the rate of exponential growth of the amplitude of the mode n is more than two times higher than for the other modes. To satisfy this condition, it is necessary that one third of the largest oscillation period be no more than two intermode distances of the low-Q cavity:

Таким образом, для получения одночастотной генерации лазерного изучения необходимо выполнение следующего условияThus, to obtain single-frequency generation of laser studies, the following condition must be satisfied

Полученное условие (5) означает, что полная длины волокна, где интенсивности встречных оптических волн различаются более чем в два раза, должна составлять не менее одной шестой от всей длины низкодобротного резонатора. Подбором длин пассивных оптических волокон с двух сторон от активного оптического волокна можно добиться, чтобы скорость экспоненциального роста для одной моды имела высокий контраст по отношению к другим. Таким образом, в источник дополнительно включены первое пассивное оптическое волокно 8, расположенное между активным оптическим волокном 1 и пропускающим выходным зеркалом 3, второе пассивное оптическое волокно 9, расположенное между плотным зеркалом 2 и активным оптическим волокном 1, причем длины первого пассивного оптического волокна 8 и второго пассивного оптического волокна 9 подобраны таким образом, чтобы длина части низкодобротного резонатора, где интенсивности двух встречных оптических волн различаются более чем в два раза, была не менее одной шестой части от всей длины низкодобротного резонатора для получения одночастотного режима генерации.The obtained condition (5) means that the total fiber length, where the intensities of the opposing optical waves differ by more than two times, should be at least one sixth of the entire length of the low-Q cavity. By selecting the lengths of the passive optical fibers on both sides of the active optical fiber, it can be achieved that the rate of exponential growth for one mode has a high contrast with respect to the other. Thus, a first passive optical fiber 8 located between the active optical fiber 1 and the transmitting output mirror 3 is further included in the source, a second passive optical fiber 9 located between the dense mirror 2 and the active optical fiber 1, the lengths of the first passive optical fiber 8 and the second passive optical fiber 9 is selected so that the length of the part of the low-Q cavity, where the intensities of the two opposing optical waves differ by more than two times, is e less than one sixth part of the total length of low-Q resonator for a single-frequency lasing.

Пассивное сканирование частоты наблюдается для мощности накачивающего излучения в области выше порога генерации лазерного излучения. При существенном увеличении мощности накачивающего излучения и/или при достаточно большой длине низкодобротного резонатора начинается вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна, которое приводит к появлению новых компонент в спектре лазерного излучения, которые в свою очередь ведут к нестабильности ПСЧ.Passive frequency scanning is observed for the power of the pumping radiation in the region above the threshold for the generation of laser radiation. With a significant increase in the power of the pumping radiation and / or with a sufficiently large length of the low-Q cavity, stimulated Mandelstam-Brillouin scattering begins, which leads to the appearance of new components in the laser radiation spectrum, which in turn lead to the instability of the PSP.

Область сканирования частоты определяется как спектральными характеристиками всех элементов в лазере (зеркал, фильтров и т.д.), так и контуром усиления активного оптического волокна 1, зависящий от мощности накачивающего излучения. Таким образом, в источник дополнительно включен спектральный фильтр 10, задающим спектральную область сканирования частоты, расположенный между плотным зеркалом 2 и пропускающим выходным зеркалом 3, который может быть выполнен в виде волоконного спектрально-селективного разветвителя или объемного спектрального фильтра с волоконным входом и волоконным выходом или волокна, содержащим одномодовую сердцевину или длиннопериодной волоконной решетки. ПСЧ происходит только для лазерного излучения с оптическими частотами, для которых коэффициент усиления интенсивности поля оптического сигнала больше, чем коэффициент потерь. ПСЧ в зависимости от спектральных контуров усиления активного оптического волокна и потерь низкодобротного резонатора и положения активного оптического волокна в низкодобротном резонаторе может проявляться как в увеличении оптической частоты во времени, так и в уменьшении.The frequency scanning region is determined both by the spectral characteristics of all elements in the laser (mirrors, filters, etc.) and by the gain contour of the active optical fiber 1, which depends on the power of the pumping radiation. Thus, a spectral filter 10 is additionally included in the source, defining the spectral region of frequency scanning, located between the dense mirror 2 and the transmitting output mirror 3, which can be made in the form of a fiber spectral-selective splitter or a volumetric spectral filter with a fiber input and a fiber output fibers containing a single-mode core or a long-period fiber lattice. PSH occurs only for laser radiation with optical frequencies, for which the gain of the field intensity of the optical signal is greater than the loss coefficient. PSH, depending on the spectral gain profile of the active optical fiber and the loss of the low-Q cavity and the position of the active optical fiber in the low-Q cavity, can be manifested both in an increase in the optical frequency in time and in a decrease.

Заявляемый по второму варианту волоконный источник однонаправленного одночастотного поляризованного лазерного излучения с пассивным сканированием частоты работает следующим образом.The inventive fiber source of a unidirectional single-frequency polarized laser radiation with passive frequency scanning is as follows.

Низкая добротность резонатора приводит к тому, что генерация лазерного излучения происходит в режиме самопульсаций. При превышении коэффициента усиления интенсивности поля оптического сигнала в активном оптическом волокне 1 над коэффициентом полных потерь в низкодобротном резонаторе достигаются условия для генерации лазерного излучения. В этом случае, в генерацию выходит одна продольная мода, которая частично снимает инверсную населенность в активной среде. В этом случае, интенсивность поля одной из продольных мод начинает экспоненциально расти, что ведет к постепенному уменьшению инверсной населенности уровней энергии легирующего элемента. Это приводит к тому, что коэффициент усиления интенсивности поля моды становиться меньше коэффициента ее потерь, и генерация лазерного излучения прекращается. Продольная неоднородность интенсивности поля одной продольной моды приводит к зависимости инверсной населенности уровней энергии легирующего элемента от продольной координаты низкодобротного резонатора. В свою очередь продольная неоднородность инверсной населенности уровней энергии легирующего элемента приведет как к пространственной модуляции коэффициента усиления интенсивности поля оптического сигнала, так и к модуляции показателя преломления в активном оптическом волокне. Другими словами, можно сказать, что продольная неоднородность инверсной населенности уровней энергии легирующего элемента приведет к записи в активном оптическом волокне 1 долгоживущих решеток коэффициента усиления интенсивности поля оптического сигнала и показателя преломления. Зависимость коэффициента усиления интенсивности поля оптического сигнала от продольной координаты (решетка коэффициента усиления) означает, что эффективный коэффициент усиления интенсивности поля для разных продольных мод будет разный. При этом эффективный коэффициент усиления интенсивности поля моды, которая записала решетку, будет минимальным. Это связано с тем, что в пучностях стоячей волны продольной моды, где интенсивность поля максимальна, значение инверсной населенности уровней энергии легирующего элемента минимально. Зависимость показателя преломления в активном оптическом волокне от продольной координаты (решетка показателя преломления) означает, что для разных продольных мод будут различные коэффициенты потерь интенсивности их полей.The low quality factor of the resonator leads to the fact that the generation of laser radiation occurs in the self-pulsation mode. If the gain of the field intensity of the optical signal in the active optical fiber 1 exceeds the total loss factor in the low-Q cavity, conditions are achieved for the generation of laser radiation. In this case, one longitudinal mode emerges into the generation, which partially removes the inverse population in the active medium. In this case, the field intensity of one of the longitudinal modes begins to grow exponentially, which leads to a gradual decrease in the inverse population of the energy levels of the alloying element. This leads to the fact that the gain of the field intensity of the mode becomes less than the coefficient of its losses, and the generation of laser radiation ceases. The longitudinal nonuniformity of the field intensity of one longitudinal mode leads to the dependence of the inverse population of the energy levels of the alloying element on the longitudinal coordinate of the low-Q cavity. In turn, the longitudinal heterogeneity of the inverse population of the energy levels of the alloying element will lead to both spatial modulation of the gain of the field intensity of the optical signal and modulation of the refractive index in the active optical fiber. In other words, it can be said that the longitudinal heterogeneity of the inverse population of the energy levels of the alloying element will lead to the recording in the active optical fiber 1 of long-lived gratings of the gain of the field intensity of the optical signal and the refractive index. The dependence of the gain of the field intensity of the optical signal on the longitudinal coordinate (grating of the gain) means that the effective gain of the field intensity for different longitudinal modes will be different. In this case, the effective gain of the field intensity of the mode that recorded the lattice will be minimal. This is due to the fact that in the antinodes of the standing wave of the longitudinal mode, where the field intensity is maximum, the inverse population of the energy levels of the alloying element is minimal. The dependence of the refractive index in the active optical fiber on the longitudinal coordinate (the lattice of the refractive index) means that for different longitudinal modes there will be different loss factors for the intensity of their fields.

В зависимости от параметров низкодобротного резонатора в генерацию могут выйти различное количество мод, что определяется разностью эффективного коэффициента усиления интенсивности поля и эффективного коэффициента потерь интенсивности поля для каждой моды. В свою очередь, эффективные коэффициенты усиления и потерь интенсивности поля мод определяются параметрами решеток усиления оптического сигнала и показателя преломления соответственно, которые записаны только в активном оптическом волокне 1. Таким образом, варьируя длину и положение активного оптического волокна 1 в низкодобротном резонаторе можно получать различные условия на конкуренцию новых продольных мод.Depending on the parameters of the low-Q cavity, a different number of modes can go into generation, which is determined by the difference between the effective field intensity gain and the effective field intensity loss coefficient for each mode. In turn, the effective gain and loss of mode field intensity are determined by the parameters of the optical signal and refractive index gratings, respectively, which are recorded only in the active optical fiber 1. Thus, by varying the length and position of the active optical fiber 1 in the low-Q cavity, various conditions can be obtained to the competition of new longitudinal modes.

В соответствии с выражениями (1)-(5), в источник также дополнительно включены первое пассивное оптическое волокно 8, расположенное между активным оптическим волокном 1 и пропускающим выходным зеркалом 3, второе пассивное оптическое волокно 9, расположенное между плотным зеркалом 2 и активным оптическим волокном 1, причем длины первого пассивного оптического волокна 8 и второго пассивного оптического волокна 9 подобраны таким образом, чтобы длина части низкодобротного резонатора, где интенсивности двух встречных оптических волн различаются более чем в два раза, была не менее одной шестой части от всей длины низкодобротного резонатора для получения одночастотного режима генерации.In accordance with expressions (1) - (5), the source also additionally includes the first passive optical fiber 8 located between the active optical fiber 1 and the transmitting output mirror 3, the second passive optical fiber 9 located between the dense mirror 2 and the active optical fiber 1, the lengths of the first passive optical fiber 8 and the second passive optical fiber 9 are selected so that the length of the part of the low-Q resonator, where the intensities of the two opposing optical waves differ olee than two times, it was no less than one sixth part of the total length of low-Q resonator for a single-frequency lasing.

Из-за двулучепреломления волоконный световод поддерживает две поляризационные моды с различными эффективными показателями преломления. Это означает, что поляризационные компоненты выходного лазерного излучения будут иметь различные оптические частоты. Это проявляется в одновременном сканировании двух лазерных линий, с разностью оптических частот, определяемых полным двулучепреломлением низкодобротного резонатора. Таким образом, для селекции одной поляризационной компоненты лазерного излучения в источник дополнительно включены выходной контроллер поляризации 11 и поляризационный селектор 12 за выходным изолятором 6. Регулирование выходного контроллера поляризации 11 позволяет выбирать одну из двух поляризационных компонент выходного лазерного излучения. Поляризационный селектор может быть выполнен в виде поляризатора с волоконным входом и волоконным выходом или поляризационного делителя с волоконным выходом и волоконным входом.Due to birefringence, a fiber waveguide supports two polarization modes with different effective refractive indices. This means that the polarization components of the output laser radiation will have different optical frequencies. This is manifested in the simultaneous scanning of two laser lines, with the difference in optical frequencies determined by the total birefringence of the low-Q cavity. Thus, to select one polarizing component of the laser radiation, the output polarization controller 11 and the polarization selector 12 are further included in the source behind the output insulator 6. Regulation of the output polarization controller 11 allows you to select one of the two polarization components of the output laser radiation. The polarization selector can be made in the form of a polarizer with a fiber input and a fiber output or a polarization divider with a fiber output and a fiber input.

Заявляемый по третьему варианту волоконный источник однонаправленного одночастотного поляризованного лазерного излучения с пассивным сканированием частоты работает следующим образом.The inventive third option fiber source of unidirectional single-frequency polarized laser radiation with passive frequency scanning operates as follows.

Усиленный оптический сигнал распространяется в низкодобротном резонаторе, образованный плотным зеркалом 2 с коэффициентом отражения более 50% и пропускающим выходным зеркалом 3 с коэффициентом отражения не более 50%. Пропускающее выходное зеркало 3 может быть выполнено в виде волоконного разветвителя 13 с первым и вторым входными портами 14, 15 и первым и вторым выходными портами 16, 17 с коэффициентом ветвления от 1% до 99% при этом второй входной порт 15 не имеет отражения, а второй выходной порт 17 имеет отражение Френеля; в виде волоконного разветвителя 13 с первым и вторым входными портами 14, 15 и первым и вторым выходными портами 16, 17 с коэффициентом ветвления от 1% до 70%, при этом второй входной порт 15 не имеет отражения, а второй выходной порт 17 соединен с объемным зеркалом 18 с коэффициентом отражения не менее 50% и имеющим волоконный вход; в виде волоконной брэгговской решетки с коэффициентом отражения в максимуме не более 50%. Плотное зеркало 2 может быть выполнено в виде объемного зеркала с коэффициентом отражения не менее 50% и имеющее волоконный вход; в виде волоконного разветвителя 13 с первым и вторым входными портами 14, 15 и первым и вторым выходными портами 16, 17 с коэффициентом ветвления от 15% до 85% с соединенными между собой первым и вторым выходными портами, образующих волоконное кольцо, при этом второй входной порт 15 не имеет отражения; в виде волоконной брэгговской решетки с коэффициентом отражения в максимуме не менее 50%.The amplified optical signal propagates in a low-Q cavity formed by a dense mirror 2 with a reflection coefficient of more than 50% and a transmitting output mirror 3 with a reflection coefficient of not more than 50%. The transmitting output mirror 3 can be made in the form of a fiber splitter 13 with the first and second input ports 14, 15 and the first and second output ports 16, 17 with a branching ratio from 1% to 99%, while the second input port 15 is not reflected, and the second output port 17 has a Fresnel reflection; in the form of a fiber splitter 13 with first and second input ports 14, 15 and first and second output ports 16, 17 with a branching ratio from 1% to 70%, while the second input port 15 is not reflected, and the second output port 17 is connected to volumetric mirror 18 with a reflection coefficient of at least 50% and having a fiber input; in the form of a fiber Bragg grating with a reflection coefficient at the maximum of not more than 50%. Dense mirror 2 can be made in the form of a volume mirror with a reflection coefficient of at least 50% and having a fiber input; in the form of a fiber splitter 13 with first and second input ports 14, 15 and first and second output ports 16, 17 with a branching ratio of 15% to 85% with interconnected first and second output ports forming a fiber ring, while the second input port 15 is not reflected; in the form of a fiber Bragg grating with a reflection coefficient at the maximum of at least 50%.

Амплитуда неоднородности инверсной населенности уровней энергии легирующего элемента зависит от поляризационных состояний встречных волн. По этой причине для получения наибольшего контраста модуляции неоднородности, который будет слабо зависеть от длины волны необходимо согласовать поляризационные состояния двух встречных волн. Таким образом, для согласования поляризационных состояний двух встречных оптических волн все элементы низкодобротного резонатора выполнены из волокна с поддержкой линейной поляризации. В этом случае согласование происходит автоматически без использования внутрирезонаторного контроллера поляризации. При этом работа устройства обладает большей стабильностью к внешним возмущениям.The amplitude of the heterogeneity of the inverse population of the energy levels of the alloying element depends on the polarization states of the opposing waves. For this reason, to obtain the greatest contrast modulation of the inhomogeneity, which will be weakly dependent on the wavelength, it is necessary to coordinate the polarization states of two counterpropagating waves. Thus, to match the polarization states of two counterpropagating optical waves, all elements of the low-Q cavity are made of fiber with linear polarization support. In this case, matching occurs automatically without using an intracavity polarization controller. In this case, the operation of the device is more stable against external disturbances.

Технический результат в регуляризации временной динамики интенсивности лазерного излучения достигается тем, что низкодобротный резонатор выполнен таким образом, чтобы поляризационные состояния двух встречных волн одной продольной моды были согласованы. Это позволяет получить наибольший контраст модуляции пространственной неоднородности инверсной населенности уровней энергии легирующего элемента после генерации моды, что приводит к повторяемости процесса генерации последующих импульсов, и соответственно к регуляризации временной динамики интенсивности лазерного излучения.The technical result in the regularization of the temporal dynamics of the intensity of laser radiation is achieved by the fact that the low-Q cavity is designed so that the polarization states of two counterpropagating waves of the same longitudinal mode are consistent. This allows one to obtain the greatest contrast modulation of the spatial heterogeneity of the inverse population of the energy levels of the doping element after the generation of the mode, which leads to the repeatability of the generation of subsequent pulses and, accordingly, to the regularization of the temporal dynamics of the intensity of laser radiation.

Задача получения одночастотной генерации решается тем, что определенным подбором положения активного оптического волокна в низкодобротном резонаторе и коэффициентов отражения зеркал низкодобротного резонатора условие для генерации новых оптических частот выполняются только для одной продольной моды со смещенной частотой. В результате генерация нового импульса сопровождается появлением одной моды, что обеспечивает одночастотность лазерного изучения.The problem of obtaining single-frequency generation is solved by the fact that by a certain selection of the position of the active optical fiber in the low-Q cavity and the reflection coefficients of the mirrors of the low-Q cavity, the condition for the generation of new optical frequencies is satisfied only for one longitudinal mode with a shifted frequency. As a result, the generation of a new pulse is accompanied by the appearance of a single mode, which ensures a single-frequency laser study.

В данном техническом решении предлагаются новые схемы волоконных источников с ПСЧ, которые обеспечивают получение регулярной временной динамики одночастотного лазерного излучения, а именно: повторяющихся регулярных последовательностей импульсов с линейно изменяющейся частотой, при этом лазерное излучение каждого импульса является строго одночастотным (т.е. состоит из одной продольной моды низкодобротного резонатора). При этом последовательность может состоять как из одного, так и из нескольких импульсов. Оптическая частота выходного лазерного излучения изменяется от импульса к импульсу на одинаковую величину, кратную межмодовой частоте биений низкодобротного резонатора и может быть как положительным, так и отрицательным. При прохождении оптической частоты всего допустимого спектрального диапазона процесс сканирования частоты начинается сначала. Кроме того, выходное лазерное излучение линейно поляризовано, а направление поляризации импульсов внутри последовательности соответствует одной из двух ортогональных осей. По этой причине импульсы можно легко пространственно разделить с помощью поляризационного фильтра и получить на выходе лазерное излучение, состоящее из периодических одночастотных импульсов с одним поляризационным состоянием.This technical solution proposes new schemes of fiber sources with PSS, which provide regular time dynamics of single-frequency laser radiation, namely: repeating regular sequences of pulses with a linearly changing frequency, while the laser radiation of each pulse is strictly single-frequency (i.e. consists of one longitudinal mode of a low-Q cavity). In this case, the sequence can consist of either one or several pulses. The optical frequency of the output laser radiation varies from pulse to pulse by the same amount multiple of the intermode beat frequency of the low-Q cavity and can be either positive or negative. When passing the optical frequency of the entire allowable spectral range, the frequency scanning process begins again. In addition, the output laser radiation is linearly polarized, and the direction of polarization of the pulses within the sequence corresponds to one of the two orthogonal axes. For this reason, the pulses can be easily spatially separated using a polarizing filter and receive laser radiation at the output consisting of periodic single-frequency pulses with one polarizing state.

Claims

1. A fiber source of unidirectional single-frequency polarized laser radiation with passive frequency scanning, containing an active optical fiber, placed in a low-Q cavity, formed by a dense mirror with a reflection coefficient of more than 50% and a transmitting output mirror with a reflection coefficient of not more than 50%, the input site of the pumping radiation, at least one source of pumping radiation, an output insulator, characterized in that the intracavity polarization controller is additionally included, equipped with a control mode of source generation, adjusting the parameters of the output laser radiation, consisting of a periodic sequence of optical pulses, the first passive optical fiber located between the active optical fiber and the transmitting output mirror, the second passive optical fiber located between the dense mirror and the active optical fiber, the first passive optical fiber and the second passive optical fiber are selected so that the length of the hour and a low-Q resonator, where the intensities of the two counterpropagating optical waves differ by more than a factor of two, there was at least one sixth of the entire length of the low-Q resonator to obtain a single-frequency lasing regime, a spectral filter located between a dense mirror and a transmission output mirror, specifying the spectral region scanning frequency.

2. The source according to claim 1, characterized in that the active optical fiber is made containing a single-mode core doped with ytterbium, or erbium, or neodymium, or thulium, or holmium.

3. The source according to claim 1, characterized in that the source of pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 900-990 nm with an active optical fiber made containing a single-mode ytterbium-doped core.

4. The source according to claim 1, characterized in that the source of pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 900-990 nm, or in the range of 1450-1490 nm with an active optical fiber made containing Erbium-doped single-mode core.

5. A source according to claim 1, characterized in that the source of pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 800-820 nm, or in the range of 870-900 nm with an active optical fiber made containing single-mode neodymium-doped core.

6. The source according to claim 1, characterized in that the source of pumping radiation is made in the form of at least one laser that generates laser radiation at wavelengths in the range of 720-810 nm, or in the range of 1100-1300 nm, or in the range of 1500-2000 nm with an active optical fiber made containing a single-mode core doped with thulium.

7. A source according to claim 1, characterized in that the source of pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 1100-1220 nm, or in the range of 1900-2100 nm with an active optical fiber made containing holmium doped single-mode core.

8. The source according to p. 1, characterized in that the input node of the pumping radiation is made in the form of a combiner of pumping radiation, with an active optical fiber made containing a multimode sheath.

9. The source according to p. 1, characterized in that the input node of the pumping radiation is made in the form of a spectrally selective splitter.

10. The source according to claim 1, characterized in that the transmitting output mirror is made in the form of a fiber splitter with the first and second input ports and the first and second output ports with a branching coefficient in the range of 1% -99%, while the second input port does not have reflection, and the second output port has a Fresnel reflection.

11. The source according to claim 1, characterized in that the transmitting output mirror is made in the form of a fiber splitter with first and second input ports and first and second output ports with a branching coefficient in the range of 1% -70%, while the second input port does not have reflection, and the second output port is connected to a volume mirror with a reflection coefficient of at least 50% and having a fiber input.

12. The source according to claim 1, characterized in that the transmitting output mirror is made in the form of a fiber Bragg grating with a reflection coefficient at the maximum of not more than 50%.

13. The source according to claim 1, characterized in that the dense mirror is made in the form of a volume mirror with a reflection coefficient of at least 50% and having a fiber input.

14. The source according to claim 1, characterized in that the dense mirror is made in the form of a fiber splitter with first and second input ports and first and second output ports with a branching coefficient in the range of 15% -85% with the first and second output ports interconnected forming a fiber ring and a polarization controller inserted into the fiber ring, while the second input port is not reflected.

15. The source according to claim 1, characterized in that the dense mirror is made in the form of a fiber Bragg grating with a reflection coefficient at a maximum of at least 50%.

16. The source according to claim 1, characterized in that the spectral filter is made in the form of a fiber spectrally selective splitter.

17. The source according to claim 1, characterized in that the spectral filter is made in the form of a volumetric spectral filter with a fiber input and a fiber output.

18. The source according to claim 1, characterized in that the spectral filter is made in the form of a fiber containing a single-mode core.

19. The source according to claim 1, characterized in that the spectral filter is made in the form of a long-period fiber lattice.

20. A fiber source of unidirectional single-frequency polarized laser radiation with passive frequency scanning, containing an active optical fiber, placed in a low-Q cavity, formed by a dense mirror with a reflection coefficient of more than 50% and a transmitting output mirror with a reflection coefficient of not more than 50%, the input site of the pumping radiation, at least one source of pumping radiation, an output insulator, characterized in that the intracavity polarization controller is additionally included, filled with a control mode of source generation, adjusting the parameters of the output laser radiation, consisting of a periodic sequence of optical pulses, the first passive optical fiber located between the active optical fiber and the transmitting output mirror, the second passive optical fiber located between the dense mirror and the active optical fiber, the length the first passive optical fiber and the second passive optical fiber are selected so that the length of the of the low-Q cavity, where the intensities of the two counterpropagating optical waves differ by more than a factor of two, there was at least one sixth of the entire length of the low-Q cavity to obtain a single-frequency lasing regime, a spectral filter located between a dense mirror and a transmitting output mirror, specifying the spectral region frequency scan, output polarization controller and polarization selector located after the output insulator, made by selecting a linear polar output laser zatsiyu.

21. The source according to p. 20, characterized in that the active optical fiber is made containing a single-mode core doped with ytterbium, or erbium, or neodymium, or thulium, or holmium.

22. The source according to claim 20, characterized in that the source of pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 900-990 nm with an active optical fiber made containing a single-mode ytterbium-doped core.

23. The source according to p. 20, characterized in that the source of pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 900-990 nm, or in the range of 1450-1490 nm with an active optical fiber made containing Erbium-doped single-mode core.

24. The source according to p. 20, characterized in that the source of the pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 800-820 nm, or in the range of 870-900 nm with an active optical fiber made containing single-mode neodymium-doped core.

25. The source according to p. 20, characterized in that the source of the pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 720-810 nm, or in the range of 1100-1300 nm, or in the range of 1500-2000 nm with an active optical fiber made containing a single-mode core doped with thulium.

26. The source according to p. 20, characterized in that the source of the pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 1100-1220 nm, or in the range of 1900-2100 nm with an active optical fiber made containing holmium doped single-mode core.

27. The source according to p. 20, characterized in that the input node of the pumping radiation is made in the form of a combiner of pumping radiation, with an active optical fiber made containing a multimode sheath.

28. The source according to p. 20, characterized in that the input node of the pumping radiation is made in the form of a spectrally selective splitter.

29. The source according to p. 20, characterized in that the transmitting output mirror is made in the form of a fiber splitter with the first and second input ports and the first and second output ports with a branching coefficient in the range of 1% -99%, while the second input port does not have reflection, and the second output port has a Fresnel reflection.

30. The source according to p. 20, characterized in that the transmitting output mirror is made in the form of a fiber splitter with the first and second input ports and the first and second output ports with a branching coefficient in the range of 1% -70%, while the second input port does not have reflection, and the second output port is connected to a volume mirror with a reflection coefficient of at least 50% and having a fiber input.

31. The source according to p. 20, characterized in that the transmitting output mirror is made in the form of a fiber Bragg grating with a reflection coefficient at the maximum of not more than 50%.

32. The source according to p. 20, characterized in that the dense mirror is made in the form of a volume mirror with a reflection coefficient of at least 50% and having a fiber input.

33. The source according to p. 20, characterized in that the dense mirror is made in the form of a fiber splitter with first and second input ports and first and second output ports with a branching ratio in the range of 15% -85% with interconnected first and second output ports forming a fiber ring and a polarization controller inserted into the fiber ring, while the second input port is not reflected.

34. The source according to p. 20, characterized in that the dense mirror is made in the form of a fiber Bragg grating with a reflection coefficient at a maximum of at least 50%.

35. The source according to p. 20, characterized in that the spectral filter is made in the form of a fiber spectrally selective splitter.

36. The source according to p. 20, characterized in that the spectral filter is made in the form of a volumetric spectral filter with a fiber input and a fiber output.

37. The source according to p. 20, characterized in that the spectral filter is made in the form of a fiber containing a single-mode core.

38. The source according to p. 20, characterized in that the spectral filter is made in the form of a long-period fiber lattice.

39. The source according to p. 20, characterized in that the polarizing selector is made in the form of a polarizer with a fiber input and a fiber output.

40. The source according to p. 20, characterized in that the polarizing selector is made in the form of a polarizing divider with a fiber output and a fiber input.

41. A fiber source of unidirectional single-frequency polarized laser radiation with passive frequency scanning, containing an active optical fiber placed in a low-Q cavity formed by a dense mirror with a reflection coefficient of more than 50% and a transmitting output mirror with a reflection coefficient of not more than 50%, an input unit for pumping radiation, at least one source of pumping radiation, an output insulator, characterized in that the first passive optical fiber is further included between the active optical fiber and the transmitting output mirror, a second passive optical fiber located between the dense mirror and the active optical fiber, the lengths of the first passive optical fiber and the second passive optical fiber being chosen so that the length of the low-Q cavity, where the intensities of the two opposing optical waves differ more than twice, there was at least one sixth of the entire length of the low-Q cavity to obtain a single-frequency mode generating a spectral filter disposed between the dense transmissive mirror and the output mirror, performing the specified spectral range of the scanning frequency, wherein all the elements are made of low-Q resonator fiber supporting linear polarization.

42. The source according to p. 41, characterized in that the active optical fiber is made containing a single-mode core doped with ytterbium, or erbium, or neodymium, or thulium, or holmium.

43. The source according to p. 41, characterized in that the source of pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 900-990 nm with an active optical fiber made containing a single-mode ytterbium-doped core.

44. The source according to p. 41, characterized in that the source of the pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 900-990 nm, or in the range of 1450-1490 nm with an active optical fiber made containing Erbium-doped single-mode core.

45. The source according to p. 41, characterized in that the source of pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 800-820 nm or in the range of 870-900 nm with an active optical fiber made containing single-mode neodymium doped core.

46. The source according to p. 41, characterized in that the source of the pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range of 720-810 nm, or in the range of 1100-1300 nm, or in the range of 1500-2000 nm with an active optical fiber made containing a single-mode core doped with thulium.

47. The source according to p. 41, characterized in that the source of the pumping radiation is made in the form of at least one laser generating laser radiation at wavelengths in the range 1100-1220 nm, or in the range 1900-2100 nm with an active optical fiber made containing single-mode core doped with holmium.

48. The source according to p. 41, characterized in that the input node of the pumping radiation is made in the form of a combiner of pumping radiation, with an active optical fiber made containing a multimode sheath.

49. The source according to p. 41, characterized in that the input node of the pumping radiation is made in the form of a spectrally selective splitter.

50. The source according to p. 41, characterized in that the transmitting output mirror is made in the form of a fiber splitter with the first and second input ports and the first and second output ports with a branching coefficient in the range of 1% -99%, while the second input port does not have reflection, and the second output port has a Fresnel reflection.

51. The source according to p. 41, characterized in that the transmitting output mirror is made in the form of a fiber splitter with the first and second input ports and the first and second output ports with a branching coefficient in the range of 1% -70%, while the second input port does not have reflection, and the second output port is connected to a volume mirror with a reflection coefficient of at least 50% and having a fiber input.

52. The source according to p. 41, characterized in that the transmitting output mirror is made in the form of a fiber Bragg grating with a reflection coefficient at the maximum of not more than 50%.

53. The source according to p. 41, characterized in that the dense mirror is made in the form of a volume mirror with a reflection coefficient of at least 50% and having a fiber input.

54. The source according to p. 41, characterized in that the dense mirror is made in the form of a fiber splitter with first and second input ports and first and second output ports with a branching coefficient in the range of 15% -85% with interconnected first and second output ports forming a fiber ring, while the second input port is not reflected.

55. The source according to claim 41, characterized in that the dense mirror is made in the form of a fiber Bragg grating with a reflection coefficient at a maximum of at least 50%.

56. The source according to p. 41, characterized in that the spectral filter is made in the form of a fiber spectrally selective splitter.

57. The source according to p. 41, characterized in that the spectral filter is made in the form of a volumetric spectral filter with a fiber input and a fiber output.

58. The source according to p. 41, characterized in that the spectral filter is made in the form of a fiber containing a single-mode core.

59. The source according to p. 41, characterized in that the spectral filter is made in the form of a long-period fiber lattice.