Optischer Pfadentwurf polarisierter FasernSchmallinienlaser
1. Überblick
1018 nm polarisierter Faserlaser mit schmaler Linienbreite. Die Arbeitswellenlänge beträgt 1018 nm, die Ausgangsleistung 104 W, die spektralen Breiten bei 3 dB und 20 dB liegen bei ca. 21 GHz bzw. ca. 72 GHz, das Polarisationsauslöschungsverhältnis ist >17,5 dB und die Strahlqualität ist hoch (2 × M – 1,62 und 2 y M).Lasersystemmit einem Hangwirkungsgrad von 79 % (∼1,63).
2. Beschreibung des optischen Pfades
In einempolarisierter Faserlaser mit schmaler LinienbreiteDer linear polarisierte Faserlaser-Oszillator besteht aus zwei polarisationserhaltenden Fasergittern und einer 1,5 Meter langen, 10/125 μm Ytterbium-dotierten Doppelmantel-Polarisationserhaltungsfaser als Verstärkungsmedium. Der Absorptionskoeffizient dieser optischen Faser bei 976 nm beträgt 5 dB/m. Der Laser-Oszillator wird mit einem auf 976 nm wellenlängenstabilisierten Strahler gepumpt.HalbleiterlaserMit einer maximalen Leistung von 27 W durch einen polaritätserhaltenden (1+1)×1-Strahlkombinator. Das hochreflektierende Gitter weist ein Reflexionsvermögen von über 99 % und eine 3-dB-Reflexionsbandbreite von ca. 0,22 nm auf. Das niedrigreflektierende Gitter hat ein Reflexionsvermögen von 40 % und eine 3-dB-Reflexionsbandbreite von ca. 0,216 nm. Die zentralen Reflexionswellenlängen beider Gitter liegen bei 1018 nm. Um die Ausgangsleistung des Laserresonators und das ASE-Unterdrückungsverhältnis auszubalancieren, wurde das niedrigreflektierende Gitter auf 40 % optimiert. Die Endfaser des hochreflektierenden Gitters ist mit der Verstärkungsfaser verschmolzen, während die Endfaser des niedrigreflektierenden Gitters um 90° gedreht und mit der Endfaser des Mantelfilters verschmolzen ist. Dadurch stimmt die Position des Reflexionsmaximums der schnellen Achse des hochreflektierenden Gitters mit der Position der Reflexionswellenlänge der langsamen Achse des niedrigreflektierenden Gitters überein. Auf diese Weise kann nur ein polarisierter Laser im Resonator schwingen. Das verbleibende Pumplicht im Glasfasermantel wird durch einen eigens entwickelten Mantelfilter, der in den Resonator integriert ist, herausgefiltert, und das Ausgangskabel ist um 8° abgeschrägt, um Rückkopplungen an der Stirnfläche und parasitäre Schwingungen zu verhindern.
3. Hintergrundwissen
Der Erzeugungsmechanismus linear polarisierter Faserlaser: Aufgrund der Spannungsdoppelbrechung weist die birnenförmige polarisationserhaltende Faser zwei orthogonale Polarisationsachsen auf, die als schnelle und langsame Achse bezeichnet werden. Da der Brechungsindex der langsamen Achse im Allgemeinen größer ist als der der schnellen Achse, besitzt das auf die polarisationserhaltende Faser aufgebrachte Gitter zwei unterschiedliche zentrale Wellenlängen. Der Resonator eines linear polarisierten Faserlasers besteht üblicherweise aus zwei polarisationserhaltenden Gittern. Die Wellenlängen des Gitters mit niedriger und hoher Reflexion auf der schnellen bzw. langsamen Achse korrespondieren jeweils. Ist die Reflexionsbandbreite des polarisationserhaltenden Gitters ausreichend schmal, lassen sich die Transmissionsspektren in Richtung der schnellen und langsamen Achse trennen, und beide Wellenlängen können im Resonator schwingen. Gemäß dem Prinzip der Zwei-Wellenlängen-Oszillation des polarisationserhaltenden Gitters kann dies experimentell durch Parallelschweißen realisiert werden. Beim Schweißen werden die polarisationserhaltenden Achsen der beiden Gitter ausgerichtet. Dadurch entsprechen die beiden Transmissionsmaxima des hochreflektierenden Gitters denen des niedrigreflektierenden Gitters, wodurch eine Laserleistung mit zwei Wellenlängen erzielt werden kann.
In realen Lasersystemen mit erhaltender Polarisation ist die lineare Verzerrung ein wichtiger Indikator zur Bewertung der Ausgangseigenschaften linear polarisierter Laser. Im Allgemeinen ist die Periode eines Gitters mit hohem Reflexionsgrad größer als die eines Gitters mit niedrigem Reflexionsgrad. Um einen linear polarisierten Laser mit einem hohen Polarisationsverhältnis (PER) zu erzielen, muss nur ein Polarisationsmaximum schwingen. Wenn die schnelle Achse des Gitters mit niedrigem Reflexionsgrad entlang der langsamen Achse des Gitters mit hohem Reflexionsgrad verläuft, entspricht die zentrale Wellenlänge in Richtung der schnellen Achse des Gitters mit niedrigem Reflexionsgrad derjenigen in Richtung der langsamen Achse des Gitters mit hohem Reflexionsgrad. Gleichzeitig entspricht das Transmissionsmaximum in Richtung der langsamen Achse des Gitters mit niedrigem Reflexionsgrad nicht dem Transmissionsmaximum in Richtung der schnellen Achse des Gitters mit hohem Reflexionsgrad. Auf diese Weise kann ein Transmissionsmaximum schwingen. Wenn die langsame Achse eines Gitters mit niedrigem Reflexionsgrad entlang der schnellen Achse eines Gitters mit hohem Reflexionsgrad verläuft, entspricht die zentrale Wellenlänge der langsamen Achse des Gitters mit niedrigem Reflexionsgrad derjenigen der schnellen Achse des Gitters mit hohem Reflexionsgrad. Gleichzeitig stimmt das Transmissionsmaximum der schnellen Achse des Gitters mit niedrigem Reflexionsgrad nicht mit dem der langsamen Achse des Gitters mit hohem Reflexionsgrad überein. Auf diese Weise kann ein Transmissionsmaximum in Schwingung versetzt werden. Beide Methoden ermöglichen die Erzeugung eines linear polarisierten Laserstrahls. Gemäß dem Prinzip der linear polarisierten Laseremission mit einer Wellenlänge mithilfe eines polarisationserhaltenden Gitters kann dies im Experiment durch orthogonales Spleißen erreicht werden. Wenn der Spleißwinkel der polarisationserhaltenden Achsen des hochreflektierenden Gitters und des niedrigreflektierenden Gitters 90° beträgt, entspricht der Transmissionspeak in Richtung der langsamen Achse des hochreflektierenden Gitters dem Transmissionspeak in Richtung der schnellen Achse des niedrigreflektierenden Gitters, und somit kann die Ausgabe eines linear polarisierten Faserlasers mit einer einzigen Wellenlänge realisiert werden.
Veröffentlichungsdatum: 12. September 2025