RU2822557C1 - Fibre laser with intracavity generation of optical harmonics in resonant reflector (versions) - Google Patents
Fibre laser with intracavity generation of optical harmonics in resonant reflector (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2822557C1 RU2822557C1 RU2023132056A RU2023132056A RU2822557C1 RU 2822557 C1 RU2822557 C1 RU 2822557C1 RU 2023132056 A RU2023132056 A RU 2023132056A RU 2023132056 A RU2023132056 A RU 2023132056A RU 2822557 C1 RU2822557 C1 RU 2822557C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- radiation
- harmonic
- mirror
- returning
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 132
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims description 118
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 151
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 132
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 32
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 claims description 29
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 27
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 27
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 8
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 claims description 5
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 5
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 6
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000684 flow cytometry Methods 0.000 description 2
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000004624 confocal microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 238000007648 laser printing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
- 238000002428 photodynamic therapy Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в лазерных проекторах и цветной лазерной печати, в биомедицинской диагностике и лечении (проточная цитометрия и фотодинамическая терапия соответственно), а также для аналитических измерений (рамановская спектроскопия и конфокальная микроскопия) и в ряде других приложений требующих применение волоконных лазеров с удвоением и утроением оптической частоты, которые генерируют излучение в видимой и ультрафиолетовой областях спектра.The invention relates to the field of optical instrumentation and can be used in laser projectors and color laser printing, in biomedical diagnostics and treatment (flow cytometry and photodynamic therapy, respectively), as well as for analytical measurements (Raman spectroscopy and confocal microscopy) and in a number of other applications requiring the use of fiber lasers with doubling and tripling of optical frequency, which generate radiation in the visible and ultraviolet regions of the spectrum.
Преимуществом технического решения является сохранение относительно высокой стабильности лазера с относительно невысоким уровнем флуктуаций интенсивности излучения (порядка нескольких процентов) The advantage of the technical solution is the preservation of relatively high laser stability with a relatively low level of radiation intensity fluctuations (of the order of several percent)
Генерация второй гармоники (ГВГ) в нелинейных кристаллах, помещённых в резонаторы твердотельных лазеров, довольно хорошо исследована. Применение внутрирезонаторного удвоения к волоконным лазерам требует учёта ряда особенностей. Second harmonic generation (SHG) in nonlinear crystals placed in solid-state laser cavities has been fairly well studied. The application of intracavity doubling to fiber lasers requires taking into account a number of features.
Известно техническое решение, представленное в волоконном лазере (Патент № 2328064 “Волоконный лазер с внутрирезонаторным удвоением частоты (варианты)”, МПК H01S 3/10, опубликован 27.12.2008), в котором обращалось внимание на одновременное заведение излучения двух поляризаций, используемых при ГВГ второго типа, обратно в волоконный световод. Для этого предлагалось применить специальную методику наклонного падения на нелинейный кристалл (для компенсации сноса и увеличения эффективности ГВГ), а также специальный телескопический отражатель, обеспечивающий возвращение двух параллельно идущих пучков основного излучения (а также пучка второй гармоники) по тому же пути обратно в нелинейный кристалл и далее основное излучение в волоконный световод. При этом волны излучения на основной и удвоенной частотах дважды проходят через нелинейный кристалл, что также повышает эффективность ГВГ. Несмотря на успешное применение этой методики для создания и применения волоконных лазеров с внутрирезонаторным удвоением частоты в проточной цитометрии, их выходная мощность ограничивается нелинейными процессами, протекающими в оптоволоконном световоде.A known technical solution is presented in a fiber laser (Patent No. 2328064 “Fiber laser with intracavity frequency doubling (options)”, IPC H01S 3/10, published December 27, 2008), in which attention was drawn to the simultaneous initiation of radiation of two polarizations used in SHG the second type, back into the fiber light guide. To do this, it was proposed to use a special technique of oblique incidence on a nonlinear crystal (to compensate for drift and increase the SHG efficiency), as well as a special telescopic reflector that ensures the return of two parallel beams of the main radiation (as well as the second harmonic beam) along the same path back to the nonlinear crystal and then the main radiation into the fiber light guide. In this case, radiation waves at the fundamental and double frequencies pass through the nonlinear crystal twice, which also increases the SHG efficiency. Despite the successful application of this technique for the creation and use of intracavity frequency-doubling fiber lasers in flow cytometry, their output power is limited by nonlinear processes occurring in the fiber optic light guide.
Недостатком известного технического решения является малое увеличение мощности при увеличении добротности резонатора. Характерное увеличение мощности было всего в 2 раза [S. I. Kablukov, E. I. Dontsova, V. A. Akulov, A. A. Vlasov & S. A. Babin. Frequency doubling of Yb-doped fiber laser to 515 nm Laser Phys., 20 (2), 360-364 (2010) DOI: 10.1134/S1054660X10040043].The disadvantage of the known technical solution is the small increase in power with increasing quality factor of the resonator. The characteristic increase in power was only 2 times [S. I. Kablukov, E. I. Dontsova, V. A. Akulov, A. A. Vlasov & S. A. Babin. Frequency doubling of Yb-doped fiber laser to 515 nm Laser Phys., 20 (2), 360-364 (2010) DOI: 10.1134/S1054660X10040043].
Известно техническое решение, представленное в волоконном лазере (Патент № WO2012101391 «Optical fiber lasers», МПК H01S3/06; H01S3/067; H01S3/07; H01S3/08; H01S3/082; H01S3/094; H01S3/108; H01S3/109, опубликован 02.08.2012 г.) в котором оказалось возможным создать высокую мощность на основной гармонике, необходимую для эффективной ГВГ, не во всём резонаторе лазера, а лишь в небольшой его части, куда помещается нелинейный кристалл. В техническом решении предлагается помещать нелинейный кристалл во вложенный кольцевой резонатор для увеличения мощности. Излучение, вышедшее из световода, проходит вложенный резонатор в одну сторону, а затем возвращается назад благодаря отражателю основного резонатора. При этом, излучение возвращается в волоконный световод только после обратного прохода через вложенный резонатор с кристаллом. Функции отражателя, благодаря которому излучение возвращается в световод, и вложенного резонатора, в котором происходит резонансное увеличение интенсивности, необходимое для увеличения эффективности преобразования оптической частоты, во всех формулировках технического решения разделены между физически разными частями резонатора (“резонатор для ГВГ” и “отражатель”).A known technical solution is presented in a fiber laser (Patent No. WO2012101391 “Optical fiber lasers”, IPC H01S3/06; H01S3/067; H01S3/07; H01S3/08; H01S3/082; H01S3/094; H01S3/108; H01S3/109 , published 08/02/2012) in which it turned out to be possible to create high power at the fundamental harmonic, necessary for effective SHG, not in the entire laser cavity, but only in a small part of it, where a nonlinear crystal is placed. The technical solution proposes placing a nonlinear crystal in an embedded ring resonator to increase power. The radiation leaving the light guide passes the embedded resonator in one direction, and then returns back thanks to the reflector of the main resonator. In this case, the radiation returns to the fiber light guide only after the return passage through the embedded resonator with a crystal. The functions of the reflector, thanks to which the radiation returns to the light guide, and the embedded resonator, in which a resonant increase in intensity occurs, necessary to increase the efficiency of optical frequency conversion, in all formulations of the technical solution are divided between physically different parts of the resonator (“SHG resonator” and “reflector” ).
Известно техническое решение (экспериментальная реализация предыдущего решения), представленное в волоконном лазере непрерывного действия (R. Cieslak, W. A. Clarkson. “Internal resonantly enhanced frequency doubling of continuous-wave fiber lasers” Opt. Lett., 36 (10), 1896-1898 (2011). Резонатор волоконного лазера состоит из волоконной части и двух частей с объёмными элементами. Объёмная часть, расположенная с одной стороны волоконных элементов, используется для селекции длины волны генерации, а другая объёмная часть - для ГВГ. Вторая часть расположена с другой стороны волоконного световода между его торцом и зеркалом. В эту часть вставляется резонатор с нелинейным кристаллом, в котором происходит резонансное увеличение мощности. Генерация происходит как при распространении излучения в одну сторону, так и назад. Эффективность генерации при распространении в сторону усиливающей среды заметно ниже, так как процесс ГВГ нелинейный, а также поскольку часть энергии уже потерялось в результате ГВГ при распространении от волокна. В пробных экспериментах мощность ГВГ в направлении от активного волокна достигла 15 Вт при поглощении 90 Вт излучения диодной накачки на длине волны 976 нм.A known technical solution (an experimental implementation of the previous solution) is presented in a continuous-wave fiber laser (R. Cieslak, W. A. Clarkson. “Internal resonantly enhanced frequency doubling of continuous-wave fiber lasers” Opt. Lett., 36 (10), 1896-1898 (2011). The fiber laser cavity consists of a fiber part and two parts with volumetric elements. The volumetric part, located on one side of the fiber elements, is used for selection of the lasing wavelength, and the other volumetric part is used for SHG. The second part is located on the other side of the fiber. a light guide between its end and the mirror. A resonator with a nonlinear crystal is inserted into this part, in which a resonant increase in power occurs both when radiation propagates in one direction and backwards. The lasing efficiency when propagating towards the amplifying medium is noticeably lower. The SHG process is nonlinear, and also because part of the energy has already been lost as a result of SHG during propagation from the fiber. In test experiments, the SHG power in the direction from the active fiber reached 15 W with the absorption of 90 W of diode pump radiation at a wavelength of 976 nm.
Недостатком известного технического решения является то, что необходимость повторного заведения во вложенный резонатор усложняет конструкцию и вносит дополнительные потери для основного излучения, что препятствует дальнейшему росту эффективности генерации гармоники.The disadvantage of the known technical solution is that the need for re-insertion into the nested resonator complicates the design and introduces additional losses for the main radiation, which prevents further growth in the efficiency of harmonic generation.
Известно техническое решение, представленное волоконном лазере в кристаллах KTP ( [В. А. Акулов, С. И. Каблуков & С. А. Бабин Удвоение частоты излучения перестраиваемого иттербиевого волоконного лазера в кристаллах KTP с синхронизмом в плоскостях XY и YZ Квант. электроника, 42 (2), 120-124 (2012) DOI: 10.1070/QE2012v042n02ABEH014800]), где излучение основной и второй гармоник дважды проходит через нелинейный кристалл, а фокусировка и возвращение излучения по тому же пути назад происходит за счет использования специального телескопического отражателя. A known technical solution is represented by a fiber laser in KTP crystals ( [V. A. Akulov, S. I. Kablukov & S. A. Babin Doubling the radiation frequency of a tunable ytterbium fiber laser in KTP crystals with synchronism in the XY and YZ planes Quantum electronics, 42 (2), 120-124 (2012) DOI: 10.1070/QE2012v042n02ABEH014800]), where the radiation of the fundamental and second harmonics passes twice through a nonlinear crystal, and the focusing and return of the radiation along the same path back occurs through the use of a special telescopic reflector.
Недостатком известного технического решения является то, что рост мощности излучения в волоконной части не позволяет существенно увеличить мощность в нелинейном кристалле. The disadvantage of the known technical solution is that an increase in the radiation power in the fiber part does not allow a significant increase in the power in the nonlinear crystal.
Известно техническое решение, представленное в волоконном лазере (Патент №2548388 “Волоконный лазер с нелинейным преобразованием частот излучения в высокодобротном резонаторе (варианты)” МПК H01S3/067, опубликован 20.04.2015), выбранное в качестве прототипа, где использовали нелинейный кристалл не с ориентацией под углом Брюстера, а с падением под прямым углом и просветлением оптических поверхностей. При этом, излучение, генерируемое на основной частоте, возвращается назад в волоконный световод благодаря отражению от просветленной поверхности нелинейного кристалла. В этом техническом решении рассматриваются различные варианты, среди которых разбирается возможность использования кристаллов с брюстеровскими оптическими поверхностями. В этом случае предлагается внести в высокодобротный резонатор дополнительный оптический элемент для создания небольшого отражения назад.A known technical solution is presented in a fiber laser (Patent No. 2548388 “Fiber laser with nonlinear frequency conversion of radiation in a high-Q resonator (options)” IPC H01S3/067, published 04/20/2015), chosen as a prototype, where a nonlinear crystal with a different orientation was used at the Brewster angle, and with incidence at a right angle and enlightenment of optical surfaces. In this case, the radiation generated at the fundamental frequency returns back to the fiber light guide due to reflection from the coated surface of the nonlinear crystal. This technical solution examines various options, including the possibility of using crystals with Brewster optical surfaces. In this case, it is proposed to introduce an additional optical element into the high-quality resonator to create a small back reflection.
Недостатком известного технического решения является то, что 1) нет возможности использовать для удвоения кристаллы с синхронизмом второго типа, 2) нет возможности использовать двухпроходную схему ГВГ, в которой излучение как на основной частоте, так и на частоте второй гармоники дважды проходит через нелинейный кристалл.The disadvantage of the known technical solution is that 1) it is not possible to use crystals with phase-matching of the second type for doubling, 2) it is not possible to use a two-pass SHG scheme, in which radiation at both the fundamental frequency and the second harmonic frequency passes twice through a nonlinear crystal.
Существенного увеличения мощности удастся достичь, если, во-первых, кристалл поместить внутрь объемного резонатора, а, во-вторых, заставить волоконный лазер генерировать на модах резонатора. В рассмотренных ранее вариантах положение объемного резонатора предлагалось либо сделать внутри резонатора волоконного лазера, либо обеспечить лишь частичное перекрытие этих резонаторов. Благодаря увеличению мощности основного излучения в таком объемном резонаторе и благодаря квадратичной зависимости мощности излучения второй гармоники от основной происходит увеличение мощности второй гармоники.A significant increase in power can be achieved if, firstly, the crystal is placed inside a cavity resonator, and, secondly, a fiber laser is made to generate on the resonator modes. In the previously considered options, it was proposed to either place the cavity resonator inside the fiber laser resonator, or to ensure only partial overlap of these resonators. Due to the increase in the power of the fundamental radiation in such a volumetric resonator and due to the quadratic dependence of the radiation power of the second harmonic on the fundamental, the power of the second harmonic increases.
Перед авторами стояла задача разработать волоконный лазер с возможностью внутрирезонаторной генерации оптических вторых и третьих гармоник.The authors were faced with the task of developing a fiber laser with the possibility of intracavity generation of optical second and third harmonics.
Поставленная задача решается тем, что по первому варианту волоконный лазер с внутрирезонаторной генерацией оптических гармоник в резонансном отражателе содержащий оптически связанными хотя бы один источник излучения накачки, волоконный световод, спектрально-селективный отражающий элемент, волоконный модуль спектрального сведения, поддерживающий поляризацию излучения усиливающий волоконный световод, торец волокна линейного резонатора, коллимирующий оптический элемент, фокусирующий оптический элемент, резонансный отражатель содержащий дихроичное просветленное зеркало, первый нелинейный кристалл, дополнительно оснащен полуволновой пластинкой, расположенной между коллимирующий оптический элементом и фокусирующим оптическим элементом и выполненной с возможностью управления направлением поляризации излучения волн основной гармоники на плоскость падения первого нелинейного кристалла, оптическим фильтром первого уровня выполненным выводящим излучение основной гармоники для уменьшения на выходе волоконного лазера с внутрирезонаторной генерацией оптических гармоник в резонансном отражателе доли излучения на основной частоте, которое исходит из дихроичного просветленного зеркала, а резонатор выполнен дополнительно содержащим просветленную фазовую пластинку, которая выполнена пропускающей излучение основной гармоники и второй гармоники и позволяющей изменять разность фаз излучения между основной гармоникой и второй гармоникой, первое возвращающее зеркало, которое выполнено отражающим оптическое излучение строго назад, возвращающий отражатель, которое выполнено отражающим назад основную гармонику и вторую гармонику, при этом оптическое излучение проходящее через резонатор делится посредством дихроичного просветленного зеркала на верхнее плечо включающее в себя первое возвращающее зеркало, и нижнее плечо включающее в себя последовательно расположенными первый нелинейный кристалл, который при этом выполнен для генерации второй гармоники, просветленная фазовая пластинка, возвращающий отражатель, и при этом радиусы кривизны первого возвращающего зеркала, возвращающего отражателя и дихроичного просветленного зеркала выбираются с возможностью фокусировки в первый нелинейный кристалл, при этом дихроичное просветленное зеркало выполнено с возможностью пропускания второй гармоники, при этом второе возвращающее зеркало выполнено в виде дихроичного телескопического телескопического отражателя с возможностью отражения пучков основной гармоники и второй гармоники по одному и тому же оптическому пути либо в виде возвращающего зеркала либо в виде телескопического отражателя, состоящего из поворотного зеркала и возвращающего зеркала либо в виде телескопического отражателя, состоящего из линзы и возвращающего зеркала, далее первый нелинейный кристалл выполнен с просветлением оптических поверхностей либо с оптическими поверхностями, ориентированными под углом Брюстера, при этом спектрально-селективный отражающий элемент выполнен в виде волоконной брэгговской решетки или объемной дифракционной решеткой либо спектрально-селективный отражающий элемент выполнен в виде призмы в сочетании с отражающим зеркалом или призмы Литтрова с отражающим покрытием на поверхности, на которую нормально падает пучок лазерного излучения после преломления на входной поверхности призмы, далее поддерживающий поляризацию излучения усиливающий волоконный световод выполнен в виде стеклянного оптического волокна, либо стеклянного оптического волокна, допированного редкоземельными элементами или легированного оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi.The problem is solved by the fact that, according to the first option, a fiber laser with intracavity generation of optical harmonics in a resonant reflector containing optically coupled at least one pump radiation source, a fiber light guide, a spectral-selective reflective element, a fiber spectral convergence module that supports the polarization of the radiation, an amplifying fiber light guide, the end of the linear resonator fiber, a collimating optical element, a focusing optical element, a resonant reflector containing a dichroic anti-reflective mirror, a first nonlinear crystal, additionally equipped with a half-wave plate located between the collimating optical element and the focusing optical element and configured to control the polarization direction of the fundamental harmonic wave radiation on plane of incidence of the first nonlinear crystal, a first-level optical filter designed to output fundamental harmonic radiation to reduce at the output of a fiber laser with intracavity generation of optical harmonics in a resonant reflector the fraction of radiation at the fundamental frequency that comes from a dichroic antireflective mirror, and the resonator is additionally made containing an antireflective phase plate , which is made to transmit the radiation of the main harmonic and the second harmonic and allows you to change the phase difference of the radiation between the main harmonic and the second harmonic, the first returning mirror, which is made to reflect optical radiation strictly back, the returning reflector, which is made to reflect back the main harmonic and the second harmonic, while optical radiation passing through the resonator is divided by means of a dichroic anti-reflective mirror into the upper arm, which includes the first returning mirror, and the lower arm, which includes a sequentially located first nonlinear crystal, which is designed to generate the second harmonic, an anti-reflective phase plate, a returning reflector, and when In this case, the radii of curvature of the first returning mirror, the returning reflector and the dichroic antireflective mirror are selected with the possibility of focusing into the first nonlinear crystal, while the dichroic antireflective mirror is configured to transmit the second harmonic, while the second returning mirror is made in the form of a dichroic telescopic telescopic reflector with the ability to reflect beams fundamental harmonic and second harmonic along the same optical path either in the form of a returning mirror or in the form of a telescopic reflector consisting of a rotating mirror and a returning mirror or in the form of a telescopic reflector consisting of a lens and a returning mirror, then the first nonlinear crystal is made with antireflection optical surfaces or with optical surfaces oriented at the Brewster angle, wherein the spectral-selective reflecting element is made in the form of a fiber Bragg grating or a volumetric diffraction grating, or the spectral-selective reflecting element is made in the form of a prism in combination with a reflecting mirror or a Littrow prism with a reflective coating on the surface on which the laser radiation beam normally falls after refraction on the input surface of the prism, then the amplifying fiber light guide supporting the polarization of the radiation is made in the form of glass optical fiber, or glass optical fiber doped with rare earth elements or doped with oxides of germanium, phosphorus, or a combination thereof , while the oxide matrix may include a compound of the chemical element Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Ta, Zr, Bi.
По второму варианту волоконный лазер с внутрирезонаторной генерацией оптических гармоник в резонансном отражателе содержащий оптически связанными хотя бы один источник излучения накачки, волоконный световод, спектрально-селективный отражающий элемент, волоконный модуль спектрального сведения, поддерживающий поляризацию излучения усиливающий волоконный световод, торец волокна линейного резонатора, коллимирующий оптический элемент, фокусирующий оптический элемент, резонансный отражатель, содержащий дихроичное просветленное зеркало, первый нелинейный кристалл, дополнительно оснащен полуволновой пластинкой расположенной между коллимирующий оптический элементом и фокусирующим оптическим элементом и выполненной с возможностью управления направлением поляризации излучения волн основной гармоники на плоскость падения первого нелинейного кристалла, оптическим фильтром второго уровня, выполненный удаляющим излучение основной и второй гармоники и оставляющим в выходном пучке излучения только излучение третьей гармоники, которое исходит из первого возвращающего зеркала; а резонатор выполнен дополнительно содержащим, первое возвращающее зеркало, которое выполнено пропускающим вторую гармонику и третью гармонику, при этом отражающую назад основную гармонику по тому же оптическому пути , возвращающий отражатель, который выполнен отражающим назад основную гармонику и вторую гармонику, просветленную фазовую пластинку, которая выполнена пропускающей излучение основной гармоники и второй гармоники и позволяющей изменять разность фаз излучения между основной гармоникой и второй гармоникой, второй нелинейный кристалл, выполненный для генерации третьей гармоники; поворотное зеркало, выполненное отражающим основную гармонику и вторую гармонику, при этом оптическое излучение проходящее через резонатор делится посредством дихроичного просветленного зеркала на верхнее плечо включающее в себя оптически связанными поворотное зеркало, второй нелинейный кристалл, первое возвращающее зеркало, и нижнее плечо включающее в себя последовательно расположенными первый нелинейный кристалл, который выполнен для генерации второй гармоники, возвращающий отражатель, при этом дихроичное просветленное зеркало и поворотное зеркало выполнены отражающими для второй гармоники таким образом, чтобы максимальная доля излучения второй гармоники попадала во второй нелинейный кристалл, при этом радиусы кривизны первого возвращающего зеркала, возвращающего отражателя, дихроичного просветленного зеркала и поворотного зеркала выбираются с возможностью фокусировки в первый нелинейный кристалл и во второй нелинейный кристалл, при этом возвращающий отражатель выполнен в виде возвращающего зеркала либо в виде телескопического отражателя, состоящего из поворотного зеркала и возвращающего зеркала либо в виде телескопического отражателя, состоящего из линзы и возвращающего зеркала, при этом первый нелинейный кристалл выполнен с оптическими поверхностями с антиотражающими покрытиями ориентированными для наклонного падения на кристалл, а второй нелинейный кристалл выполнен с оптическими поверхностями с антиотражающими покрытиями ориентированными для наклонного падения на кристалл, либо первый нелинейный кристалл выполнен с оптическими поверхностями без антиотражающих покрытий ориентированными для наклонного падения на кристалл под углом Брюстера, а второй нелинейный кристалл выполнен с оптическими поверхностями с антиотражающими покрытиями ориентированными для наклонного падения на кристалл, первый нелинейный кристалл выполнен с оптическими поверхностями с антиотражающими покрытиями ориентированными для наклонного падения на кристалл, а второй нелинейный кристалл выполнен с оптическими поверхностями без антиотражающих покрытий ориентированными для наклонного падения на кристалл под углом Брюстера, первый нелинейный кристалл выполнен с оптическими поверхностями без антиотражающих покрытий ориентированными для наклонного падения на кристалл под углом Брюстера, а второй нелинейный кристалл выполнен с оптическими поверхностями без антиотражающих покрытий ориентированными для наклонного падения на кристалл под углом Брюстера, при этом спектрально-селективный отражающий элемент выполнен в виде волоконной брэгговской решетки или объемной дифракционной решеткой либо спектрально-селективный отражающий элемент выполнен в виде призмы в сочетании с отражающим зеркалом или призмы Литтрова с отражающим покрытием на поверхности, на которую нормально падает пучок лазерного излучения после преломления на входной поверхности призмы, далее поддерживающий поляризацию излучения усиливающий волоконный световод выполнен в виде стеклянного оптического волокна, либо стеклянного оптического волокна, допированного редкоземельными элементами или легированного оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi.According to the second option, a fiber laser with intracavity generation of optical harmonics in a resonant reflector containing optically coupled at least one pump radiation source, a fiber light guide, a spectral-selective reflective element, a fiber spectral convergence module that supports radiation polarization, an amplifying fiber light guide, a collimating fiber end of a linear resonator an optical element, a focusing optical element, a resonant reflector containing a dichroic coated mirror, a first nonlinear crystal, additionally equipped with a half-wave plate located between the collimating optical element and the focusing optical element and configured to control the direction of polarization of the fundamental harmonic wave radiation on the plane of incidence of the first nonlinear crystal, a second-level optical filter, made to remove the fundamental and second harmonic radiation and leaving in the output beam of radiation only the third harmonic radiation, which comes from the first returning mirror; and the resonator is made additionally containing a first returning mirror, which is made to transmit the second harmonic and the third harmonic, while reflecting back the main harmonic along the same optical path, a returning reflector, which is made to reflect back the main harmonic and the second harmonic, an antireflective phase plate, which is made transmitting radiation of the fundamental harmonic and the second harmonic and allowing to change the phase difference of the radiation between the fundamental harmonic and the second harmonic, a second nonlinear crystal designed to generate the third harmonic; a rotating mirror made to reflect the fundamental harmonic and the second harmonic, while the optical radiation passing through the resonator is divided by means of a dichroic antireflective mirror into an upper arm that includes an optically connected rotating mirror, a second nonlinear crystal, a first returning mirror, and a lower arm that includes sequentially located a first nonlinear crystal, which is designed to generate the second harmonic, a returning reflector, wherein the dichroic anti-reflective mirror and the rotating mirror are made reflective for the second harmonic so that the maximum fraction of the second harmonic radiation falls into the second nonlinear crystal, while the radii of curvature of the first returning mirror, the returning reflector, the dichroic coated mirror and the rotating mirror are selected with the possibility of focusing into the first nonlinear crystal and into the second nonlinear crystal, while the returning reflector is made in the form of a returning mirror or in the form of a telescopic reflector, consisting of a rotating mirror and a returning mirror or in the form of a telescopic reflector , consisting of a lens and a returning mirror, wherein the first nonlinear crystal is made with optical surfaces with anti-reflection coatings oriented for oblique incidence on the crystal, and the second nonlinear crystal is made with optical surfaces with anti-reflection coatings oriented for oblique incidence on the crystal, or the first nonlinear crystal is made with optical surfaces without anti-reflection coatings oriented for oblique incidence on the crystal at a Brewster angle, and the second nonlinear crystal is made with optical surfaces with anti-reflection coatings oriented for oblique incidence on the crystal, the first nonlinear crystal is made with optical surfaces with anti-reflection coatings oriented for oblique incidence on the crystal , and the second nonlinear crystal is made with optical surfaces without anti-reflection coatings oriented for oblique incidence on the crystal at the Brewster angle, the first nonlinear crystal is made with optical surfaces without anti-reflection coatings oriented for oblique incidence on the crystal at the Brewster angle, and the second nonlinear crystal is made with optical surfaces without anti-reflective coatings oriented for oblique incidence on the crystal at the Brewster angle, while the spectral-selective reflecting element is made in the form of a fiber Bragg grating or a volumetric diffraction grating, or the spectral-selective reflecting element is made in the form of a prism in combination with a reflecting mirror or a Littrow prism with a reflective coating on the surface on which the laser radiation beam normally falls after refraction on the input surface of the prism, then the amplifying fiber light guide that supports the polarization of the radiation is made in the form of glass optical fiber, or glass optical fiber doped with rare earth elements or doped with oxides of germanium, phosphorus, and their combination, while the oxide matrix may include a compound of the chemical element Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Ta, Zr, Bi.
Техническим эффектом заявляемого технического решения является увеличение мощности генерации второй и третьей гармоники до 4 раз, увеличение стабильности генерации лазерного излучения.The technical effect of the proposed technical solution is to increase the generation power of the second and third harmonics up to 4 times, and increase the stability of laser radiation generation.
На Фиг.1 Представлена схема первого варианта в виде волоконного лазера с внутрирезонаторной генерацией оптической второй гармоники в резонансном отражателе, где 1 - источник излучения накачки, 2 - спектрально-селективный отражающий элемент, 3 - волоконный модуль спектрального сведения, 4 - поддерживающий поляризацию излучения усиливающий волоконный световод, 5 - торец волокна линейного резонатора, 6 - коллимирующий оптический элемент, 7 - полуволновая пластинка, 8 - фокусирующий оптический элемент, 9 - дихроичное просветленное зеркало, 10 - первое возвращающее зеркало, 11 - первый нелинейный кристалл, 12 - возвращающий отражатель, 13 - резонансный отражатель, 14 - просветленная фазовая пластинка, 15 - выходное излучение генерации второй гармоники, 16 - оптический фильтр первого уровня.Figure 1 shows a diagram of the first option in the form of a fiber laser with intracavity generation of the optical second harmonic in a resonant reflector, where 1 is a pump radiation source, 2 is a spectral-selective reflective element, 3 is a fiber spectral convergence module, 4 is an amplifying radiation polarization module. fiber light guide, 5 - end of the linear resonator fiber, 6 - collimating optical element, 7 - half-wave plate, 8 - focusing optical element, 9 - dichroic coated mirror, 10 - first returning mirror, 11 - first nonlinear crystal, 12 - returning reflector, 13 - resonant reflector, 14 - coated phase plate, 15 - output radiation of second harmonic generation, 16 - first-level optical filter.
На Фиг.2. представлен волоконный лазер с внутрирезонаторной генерацией оптических гармоник в резонансном отражателе выполненный в случае где возвращающий отражатель 12 выполнен в виде телескопического отражателя, состоящего из линзы и возвращающего зеркала, где, 12’ -линза, 12’’ - возвращающее зеркало.In Fig.2. presents a fiber laser with intracavity generation of optical harmonics in a resonant reflector, made in the case where the returning reflector 12 is made in the form of a telescopic reflector, consisting of a lens and a returning mirror, where 12’ is a lens, 12’ is a returning mirror.
На Фиг.3 Представлена схема второго варианта в виде волоконного лазера с внутрирезонаторной генерацией оптической второй гармоники и третьей гармоники в резонансном отражателе, где, 1 - источник излучения накачки, 2 - спектрально-селективный отражающий элемент, 3 - волоконный модуль спектрального сведения, 4 - поддерживающий поляризацию излучения усиливающий волоконный световод, 5 - торец волокна линейного резонатора, 6 - коллимирующий оптический элемент, 7 - полуволновая пластинка, 8 - фокусирующий оптический элемент, 9 - дихроичное просветленное зеркало, 10 - первое возвращающее зеркало, 11 - первый нелинейный кристалл, 12 - возвращающий отражатель, 13 - резонансный отражатель, 14 - просветленная фазовая пластинка, 17 - излучение второй гармоники, поступающее во второй нелинейный кристалл, 18 - второй нелинейный кристалл, 19 - поворотное зеркало, 20 - оптический фильтр второго уровня, 21 - выходное излучение генерации третьей гармоники.Figure 3 shows a diagram of the second option in the form of a fiber laser with intracavity generation of the optical second harmonic and third harmonic in a resonant reflector, where, 1 is a pump radiation source, 2 is a spectral-selective reflective element, 3 is a fiber spectral convergence module, 4 is an amplifying fiber light guide supporting radiation polarization, 5 - end of the linear resonator fiber, 6 - collimating optical element, 7 - half-wave plate, 8 - focusing optical element, 9 - dichroic coated mirror, 10 - first returning mirror, 11 - first nonlinear crystal, 12 - returning reflector, 13 - resonant reflector, 14 - coated phase plate, 17 - second harmonic radiation entering the second nonlinear crystal, 18 - second nonlinear crystal, 19 - rotating mirror, 20 - second-level optical filter, 21 - output lasing radiation third harmonic.
На фиг. 4 Представлен отражатель Фокса-Смита, где, 9 - дихроичное просветленное зеркало, 10 - первое возвращающее зеркало, 12 - возвращающий отражатель, 22 - направление падающего на отражатель Фокса-Смита излучения, 23 - направление отраженного вбок падающего излучения, а также выходящего из отражателя Фокса-Смита и уходящего за пределы лазера излучения, 24 - нижнее плечо отражателя Фокса-Смита, 25 - направление обратного отражения отражателя Фокса-Смита.In fig. 4 A Fox-Smith reflector is presented, where, 9 is a dichroic coated mirror, 10 is the first returning mirror, 12 is a returning reflector, 22 is the direction of radiation incident on the Fox-Smith reflector, 23 is the direction of incident radiation reflected sideways, as well as exiting the reflector Fox-Smith and radiation leaving the laser, 24 - lower arm of the Fox-Smith reflector, 25 - direction of back reflection of the Fox-Smith reflector.
На фиг.5 Коэффициент а) отражения и б) увеличения мощности в резонансе от эффективного коэффициента отражения возвращающего отражателя 12 при максимальном коэффициенте отражения 100% для первого возвращающего зеркала 10 для двух значений коэффициента отражения входного дихроичного просветленного зеркала 9 (95% и 98% для кривой 26 и 27 соответственно).In Fig.5, the coefficient of a) reflection and b) increase in power at resonance from the effective reflection coefficient of the returning reflector 12 at a maximum reflection coefficient of 100% for the first returning mirror 10 for two values of the reflection coefficient of the input dichroic antireflective mirror 9 (95% and 98% for curves 26 and 27, respectively).
В заявляемом техническом решении предлагается поместить нелинейный кристалл во вложенный объемный резонатор и расположить этот объемный резонатор непосредственно на край линейного резонатора волоконного лазера. Такой объемный резонатор в отличие от случая частичного перекрытия резонаторов называется вложенным. Вложенный резонатор, помещенный на край основного резонатора лазера называют резонансным отражателем. Таким образом, в техническом решении предлагается поместить нелинейный кристалл внутрь резонансного отражателя и воспользоваться тем, что у линейного резонатора в резонансном отражателе излучение дважды проходит через нелинейный кристалл. Кроме того, в техническом решении предлагается объединить излучение пучков второй гармоники, генерируемых при прохождении нелинейного кристалла в одном и противоположном направлении, увеличивая мощность генерации второй гармоники за счет процессов когерентного сложения. The proposed technical solution proposes placing a nonlinear crystal in an embedded cavity resonator and placing this cavity resonator directly on the edge of the linear resonator of a fiber laser. Such a volumetric resonator, in contrast to the case of partial overlap of the resonators, is called nested. A nested resonator placed on the edge of the main laser resonator is called a resonant reflector. Thus, the technical solution proposes placing a nonlinear crystal inside a resonant reflector and taking advantage of the fact that in a linear resonator in a resonant reflector, radiation passes through the nonlinear crystal twice. In addition, the technical solution proposes to combine the radiation of second harmonic beams generated when passing a nonlinear crystal in one and the opposite direction, increasing the second harmonic generation power due to coherent addition processes.
Заявляемый по первому варианту волоконный лазер с внутрирезонаторной генерацией оптических гармоник в резонансном отражателе работает следующим образом. Хотя бы один источник излучения накачки 1, волоконный световод, спектрально-селективный отражающий элемент 2, волоконный модуль спектрального сведения 3, поддерживающий поляризацию излучения усиливающий волоконный световод 4, торец волокна линейного резонатора 5, коллимирующий оптический элемент 6, фокусирующий оптический элемент 8, резонансный отражатель 13 оптически связанны между собой. Лазерное излучение хотя бы одного источника излучения накачки 1 заводится в волоконный световод через волоконный модуль спектрального сведения 3. Далее поддерживающий поляризацию оптического излучения усиливающий волоконный световод 4 усиливает интенсивность излучения на основной частоте, торец волокна линейного резонатора 5 сколот таким образом, чтобы предотвратить возвращение отраженного от него оптического излучения обратно в поддерживающий поляризацию излучения усиливающий волоконный световод 4 во избежание образования паразитной обратной связи и уменьшающей стабильность генерации во времени, коллимирующий оптический элемент 6 коллимирует сильно расходящееся излучение на основной частоте, выходящее из волоконного световода и фокусирует идущее от резонансного отражателя 13 излучение обратно в волоконный световод, фокусирующий оптический элемент 8 согласует моду излучения идущего от коллимирующего оптического элемента 6 с модой резонансного отражателя 13, резонансный отражатель 13 обеспечивает локальное увеличение мощности внутри себя. The fiber laser claimed in the first embodiment with intracavity generation of optical harmonics in a resonant reflector operates as follows. At least one pump radiation source 1, fiber light guide, spectral-selective reflecting element 2, fiber spectral convergence module 3, supporting radiation polarization, amplifying fiber light guide 4, fiber end of linear resonator 5, collimating optical element 6, focusing optical element 8, resonant reflector 13 are optically connected to each other. Laser radiation from at least one pump radiation source 1 is fed into a fiber light guide through a fiber spectral convergence module 3. Next, the amplifying fiber light guide 4, which supports the polarization of optical radiation, amplifies the radiation intensity at the fundamental frequency, the end of the fiber of the linear resonator 5 is cleaved in such a way as to prevent the return of the reflection from from the optical radiation back into the amplifying fiber light guide 4, which supports the polarization of the radiation, in order to avoid the formation of parasitic feedback and reduce the stability of generation over time, the collimating optical element 6 collimates the highly divergent radiation at the fundamental frequency coming out of the fiber light guide and focuses the radiation coming from the resonant reflector 13 back into the fiber light guide, the focusing optical element 8 matches the mode of radiation coming from the collimating optical element 6 with the mode of the resonant reflector 13, the resonant reflector 13 provides a local increase in power within itself.
Оптическое излучение попадающее в резонансный отражатель 13 делится посредством дихроичного просветленного зеркала 9 на верхнее плечо включающее в себя первое возвращающее зеркало 10, и нижнее плечо включающее в себя последовательно расположенными первый нелинейный кристалл 11, просветленную фазовую пластинку 14, возвращающий отражатель 12. Падающее на резонансный отражатель 13 излучение частично отражается от дихроичного просветленного зеркала 9 (и уходит за пределы волоконного лазера), а другая часть проходит через дихроичное просветленное зеркало 9 попадает в резонансный отражатель 13. Внутри резонансного отражателя 13 излучение на основной частоте бегает поочередно от дихроичного просветленного зеркала 9 до первого возвращающего зеркала 10 и обратно, а потом через первый нелинейный кристалл 11 и фазовую пластинку 14 до возвращающего отражателя 12 и обратно. Далее процесс циркуляции по резонатору 13 излучения основной частоты повторяется многократно. Вместе с этим, при каждом очередном отражении от дихроичного просветленного зеркала 9 часть излучения (пропорциональная коэффициенту пропускания дихроичного просветленного зеркала 9) проходит через него. Характерные значения коэффициента пропускания дихроичного просветленного зеркала 9 лежат в диапазоне 0.5% - 10%. Для излучения, идущего от первого возвращающего зеркала 10, эта часть далее попадает (проходя через фокусирующий оптический элемент 8, полуволновую пластинку 7, коллимирующий оптический элемент 6, торец волокна линейного резонатора 5) в поддерживающий поляризацию излучения усиливающий волоконный световод 4, а для излучения, идущего от возвращающего отражателя 12, выходит из лазера. При этом излучение второй гармоники благодаря селективным свойствам дихроичного просветленного зеркала 9 не может постоянно циркулировать по резонансному отражателю 13. Оно рождается на проходе основного излучения по первому нелинейному кристаллу 11, от дихроичного просветленного зеркала 9 к возвращающему отражателю 12. Далее, сгенерированное на первом проходе излучение второй гармоники распространяется вместе с излучением основной гармоники до возвращающего отражателя 12 и обратно до первого нелинейного кристалла 11, а затем увеличивается по мощности на втором проходе через первый нелинейный кристалл 11 и идет до дихроичного просветленного зеркала 9. При этом, первый нелинейный кристалл 11, выполнен для генерации второй гармоники. Далее излучение второй гармоники покидает резонансный отражатель 13 в направлении 15, проходя оптический фильтр первого уровня 16, используемый для удаления примеси излучения на основной частоте - выводящим излучение основной гармоники для уменьшения на выходе волоконного лазера с внутрирезонаторной генерацией оптических гармоник в резонансном отражателе доли излучения на основной частоте. В качестве элемента 7 дополнительно используется полуволновая пластинка, расположенная между коллимирующим оптическим элементом 6 и фокусирующим оптическим элементом 8 и выполненная с возможностью управления направлением поляризации излучения волн основной гармоники на плоскость падения первого нелинейного кристалла 11. Для обеспечения условия синхронизма по направлению поляризации основного излучения и предлагается управлять поляризацией с помощью полуволновой пластинки 7.The optical radiation entering the resonant reflector 13 is divided by means of a dichroic antireflective mirror 9 into the upper arm, which includes the first returning mirror 10, and the lower arm, which includes the first nonlinear crystal 11, the antireflective phase plate 14, and the returning reflector 12 arranged in series. Incident on the resonant reflector 13, the radiation is partially reflected from the dichroic coated mirror 9 (and goes beyond the fiber laser), and the other part passes through the dichroic coated mirror 9 and enters the resonant reflector 13. Inside the resonant reflector 13, the radiation at the fundamental frequency runs alternately from the dichroic coated mirror 9 to the first returning mirror 10 and back, and then through the first nonlinear crystal 11 and phase plate 14 to the returning reflector 12 and back. Next, the process of circulation of fundamental frequency radiation through the resonator 13 is repeated many times. At the same time, with each successive reflection from the dichroic coated mirror 9, part of the radiation (proportional to the transmittance of the dichroic coated mirror 9) passes through it. The characteristic values of the transmittance of the dichroic coated mirror 9 lie in the range of 0.5% - 10%. For radiation coming from the first returning mirror 10, this part then enters (passing through the focusing optical element 8, the half-wave plate 7, the collimating optical element 6, the end of the fiber of the linear resonator 5) into the amplifying fiber light guide 4, which supports the polarization of the radiation, and for radiation, coming from the returning reflector 12, exits the laser. In this case, the second harmonic radiation, due to the selective properties of the dichroic coated mirror 9, cannot constantly circulate through the resonant reflector 13. It is generated during the passage of the main radiation through the first nonlinear crystal 11, from the dichroic coated mirror 9 to the returning reflector 12. Next, the radiation generated on the first pass the second harmonic propagates along with the radiation of the fundamental harmonic to the returning reflector 12 and back to the first nonlinear crystal 11, and then increases in power on the second pass through the first nonlinear crystal 11 and goes to the dichroic antireflective mirror 9. In this case, the first nonlinear crystal 11 is made to generate the second harmonic. Next, the second harmonic radiation leaves the resonant reflector 13 in the direction 15, passing through the first-level optical filter 16, which is used to remove radiation impurities at the fundamental frequency - removing the fundamental harmonic radiation to reduce the output of the fiber laser with intracavity generation of optical harmonics in the resonant reflector of the fraction of radiation at the fundamental frequency As element 7, a half-wave plate is additionally used, located between the collimating optical element 6 and the focusing optical element 8 and configured to control the direction of polarization of the radiation of the fundamental harmonic waves onto the plane of incidence of the first nonlinear crystal 11. To ensure the condition of synchronism in the direction of polarization of the fundamental radiation, it is proposed control polarization using a half-wave plate 7.
В заявляемом техническом решении предлагается объединить функцию отражателя и высокодобротного резонатора при использовании резонансного отражателя с линейной геометрией. Примером такого резонансного отражателя 13 является отражатель Фокса-Смита, в котором излучение, отраженное от входного зеркала резонансного отражателя, уходит из волоконного лазера, а обратно в активную среду возвращается часть излучения, которая заходила в резонансный отражатель. Отражатель Фокса-Смита в простейшем случае представляет собой систему трех зеркал (Фиг.4). Падающее излучение мощностью P in попадает в направлении падающего излучения 22 на дихроичное просветленное зеркало 9. От него часть излучения P r 0 отражается (направление отраженного вбок падающего излучения 23 на Фиг. 4), а оставшаяся часть заходит в отражатель Фокса-Смита. Здесь оно вначале идет по верхнему плечу, а после отражения от первого возвращающего зеркала 10 снова попадает на дихроичное просветленное зеркало 9 и частично поступает в нижнее плечо отражателя Фокса-Смита 24, где так же идет до возвращающего отражателя 12, а после отражения идет обратно. В зависимости от коэффициента отражения входного дихроичного просветленного зеркала 9 (R9) и возвращающих зеркал (первого возвращающего зеркала 10 (R10) и возвращающего отражателя 12 (R12)) изменяется амплитуда и ширина пиков обратного отражения. Коэффициент резонансного отражения R F-S в направлении обратного отражения отражателя Фокса-Смита 25 имеет вид:The claimed technical solution proposes to combine the function of a reflector and a high-quality resonator using a resonant reflector with linear geometry. An example of such a resonant reflector 13 is a Fox-Smith reflector, in which the radiation reflected from the input mirror of the resonant reflector leaves the fiber laser, and part of the radiation that entered the resonant reflector returns back to the active medium. The Fox-Smith reflector in the simplest case is a system of three mirrors (Figure 4). Incident radiation power P in falls in the direction of incident radiation 22 onto the dichroic coated mirror 9. Part of the radiation comes from it P r 0 is reflected (the direction of the side-reflected incident radiation 23 in Fig. 4), and the remaining part enters the Fox-Smith reflector. Here it first goes along the upper arm, and after reflection from the first returning mirror 10 again falls on the dichroic coated mirror 9 and partially enters the lower arm of the Fox-Smith reflector 24, where it also goes to the returning reflector 12, and after reflection it goes back. Depending on the reflection coefficient of the input dichroic coated mirror 9 (R9) and returning mirrors (first returning mirror 10 (R10) and returning reflector 12 (R12)) the amplitude and width of the back reflection peaks changes. Resonant reflection coefficient R FS in the direction of back reflection of the Fox-Smith reflector 25 has the form:
R F-S ≡P r /P in =(1-R 9)2 R 10 /(1-R 9(R 10 R 12)1/2)2 . (1) R FS ≡P r /P in = (1- R 9 ) 2 R 10 / (1- R 9 ( R 10 R 12 ) 1/2 ) 2 . (1)
Здесь следует отметить, что в предлагаемом техническом решении в верхнем и нижнем плечах присутствуют дополнительные оптические элементы. Учет их влияния потребует замены коэффициентов отражения R 10, R 12 на их эффективные значения R 10 *, R 12 * в которых следует дважды домножить коэффициенты отражения на коэффициенты пропускания оптических элементов соответствующих плеч (T 9-10 и T 9-12 соответственно). То есть заменить R 10 и R 12 на R 10 * = R 10 T 9-10 2, и R 12 * = R 12 T 9-12 2 соответственно. Отметим, что излучение нулевого луча P r 0 далее в генерации не участвует, поэтому он не рассматривается. Необходимо накопить излучение в резонансном отражателе 13, в который планируется поместить первый нелинейный кристалл 11 для генерации второй гармоники (ГВГ). Если поместить первый нелинейный кристалл 11 в нижнее плечо и сделать зеркало R 12 отражающим для второй гармоники, то излучения ГВГ будет выходить из резонансного отражателя в сторону направления отраженного вбок падающего излучения 23 (нулевого луча), что позволит избежать добавления дополнительных селектирующих элементов непосредственно в резонатор волоконного лазера (это не отдельно отражатель, а лазер целиком без выходного фильтра). В связи с этим определяется коэффициент увеличения мощности в резонансном отражателе, как отношение мощности в нижнем плече P 9-12 к мощности, падающей на отражатель P in. Данное выражение можно также найти из эффективных коэффициентов отражения зеркал отражателя Фокса-Смита.It should be noted here that in the proposed technical solution there are additional optical elements in the upper and lower arms. Taking into account their influence will require replacing the reflection coefficients R 10, R 12to their effective values R 10 *, R 12 * in which the reflection coefficients should be multiplied twice by the transmittance coefficients of the optical elements of the corresponding arms (T 9-10 And T 9-12 respectively). That is, replace R 10 And R 12on R 10 * = R 10 T 9-10 2, And R 12 * = R 12 T 9-12 2 respectively. Note that the zero beam radiation P r 0does not participate further in generation, so it is not considered. It is necessary to accumulate radiation in a resonant reflector 13,in which it is planned to place the first nonlinear crystal 11 for second harmonic generation (SHG). If you place the first nonlinear crystal 11 in the lower arm and make a mirror R 12reflective for the second harmonic, then the SHG radiation will exit from the resonant reflector in the direction of the side-reflected incident radiation 23 (zero beam), which will avoid adding additional selecting elements directly to the fiber laser cavity (this is not a separate reflector, but the entire laser without an output filter). In this regard, the power increase factor in the resonant reflector is determined as the ratio of the power in the lower arm P 9-12 to the power incident on the reflector P in. This expression can also be found from the effective reflectances of the Fox-Smith reflector mirrors.
P 9-12/ P in = (1 - R 9)/(R 9 (1 — R 9(R 10 * R 12 *)1/2)2). (2) P 9-12/ P in = (1 - R 9)/(R 9 (1 - R 9(R 10 * R 12 *)1/2)2). (2)
Оценим величину резонансного отражения [выражение (1)] и увеличения мощности (2) при отсутствии потерь в прямом плече отражателя R 10 * = 1 и величине отражения входного зеркала R 9 равном 95% и 98%. Зависимости этих величин от эффективного коэффициента отражения в смежном плече отражателя R 12 * приведены на Фиг. 5 а и 5 б соответственно. Из графиков видно, что при R 9 равном 95% и величине потерь в резонаторе 1 - R 12 * = 10% характерный коэффициент резонансного отражения достигнет 25%, а внутрирезонаторная мощность увеличится в 5 раз. При большем коэффициенте отражения входного зеркала R 9 = 98% и потерях в нижнем плече 1 - R 12 * = 5% эффективный коэффициент резонансного отражения будет на уровне 20%, а мощность в резонансном отражателе увеличится на порядок (достигнет 10P in ). Таким образом, поскольку мощность ГВГ квадратично зависит от мощности на основной частоте, то по сравнению с внерезонаторной ГВГ можно ожидать увеличение мощности на два порядка.Let us estimate the magnitude of the resonant reflection [expression (1)] and the increase in power (2) in the absence of losses in the direct arm of the reflector R 10 * = 1 and the reflection value of the input mirror R 9 equal to 95% and 98%. Dependences of these quantities on the effective reflection coefficient in the adjacent arm of the reflector R 12 * are shown in Fig. 5 a and 5 b respectively. From the graphs it is clear that when R 9 equal to 95% and the value of losses in resonator 1 - R 12 * = 10%, the characteristic resonant reflection coefficient will reach 25%, and the intracavity power will increase 5 times. With a higher reflection coefficient of the input mirror R 9 = 98% and losses in the lower arm 1 - R 12 * = 5% the effective resonant reflection coefficient will be at the level of 20%, and the power in the resonant reflector will increase by an order of magnitude (reach 10P in ). Thus, since the SHG power depends quadratically on the power at the fundamental frequency, an increase in power by two orders of magnitude can be expected compared to extracavity SHG.
Таким образом, в этом техническом решении в волоконном лазере генерируются лишь те моды, которые являются собственными и для резонансного отражателя. Увеличение интенсивности происходит только в резонансном отражателе, в который предлагается поместить нелинейный кристалл. Отметим, что в предлагаемом варианте тип удвоения остается внутрирезонаторным. Для того чтобы уменьшить величину нелинейных эффектов в волоконном световоде, коэффициент обратного отражения резонансного отражателя должен быть не очень большим. В волоконных лазерах коэффициент отражения выходного зеркала обычных не превышает 15%, поэтому можно ограничить коэффициент отражения резонансного отражателя ненамного большей величиной ≤ 25%.Thus, in this technical solution, only those modes that are natural for the resonant reflector are generated in the fiber laser. An increase in intensity occurs only in a resonant reflector in which it is proposed to place a nonlinear crystal. Note that in the proposed version the type of doubling remains intracavity. In order to reduce the magnitude of nonlinear effects in a fiber light guide, the back reflection coefficient of the resonant reflector should not be very large. In fiber lasers, the reflectance of the output mirror of conventional ones does not exceed 15%, so it is possible to limit the reflectance of the resonant reflector to a slightly larger value ≤ 25%.
Следует отметить, что для ГВГ требуется выполнение условий фазового синхронизма. В общем случае условие фазового синхронизма имеет вид:It should be noted that SHG requires the fulfillment of phase matching conditions. In the general case, the phase matching condition has the form:
k 2 = k’ 1 + k’’ 1, (3) k 2 = k' 1 + k'' 1, (3)
где k 2, k’ 1, k’’ 1 - волновой вектор второй, а k’ 1 и k’’ 1 - волновые вектора основной гармоник. Причем, длина волновых векторов связана с длинами волны гармоник в вакууме (λ2, λ1) и показателем преломления среды гармоник (n 2, n’1 и n’’1) следующим образом: |k 2| = 2 π n 2/ λ2, |k’ 1| = 2 π n’1/ λ1, |k’’ 1| = 2 π n’’1/ λ1. Различают два типа синхронизма. Для первого типа синхронизма волновые вектора k’ 1 и k’’ 1 соответствуют одной и той же поляризации. В применении к внутрирезонаторной генерации этот случай соответствует ситуации, когда эти вектора совпадают. Для второго типа синхронизма волновые вектора k’ 1 и k’’ 1 различны и соответствуют взаимно перпендикулярным направлениям поляризаций. При поиске направлений синхронизма (направлений, для которых выполнено условие (3)) в нелинейных кристаллах используют главные кристаллографические плоскости, а направления поляризаций излучения волн основной и второй гармоник оказываются привязанными к кристаллографическим осям и плоскостям. Таким образом, в рассматриваемом техническом решении для обеспечения условия синхронизма по направлению поляризации основного излучения предлагается управлять поляризацией с помощью полуволновой пластинки 7.where k 2 , k' 1 , k'' 1 are the wave vector of the second, and k' 1 and k'' 1 are the wave vectors of the fundamental harmonics. Moreover, the length of the wave vectors is related to the wavelengths of the harmonics in vacuum (λ 2 , λ 1 ) and the refractive index of the harmonic medium ( n 2 , n ' 1 and n '' 1 ) as follows: | k 2 | = 2 π n 2 / λ 2 , | k' 1 | = 2 π n ' 1 / λ 1 , | k'' 1 | = 2 π n '' 1 / λ 1 . There are two types of synchronicity. For the first type of synchronism, the wave vectors k' 1 and k'' 1 correspond to the same polarization. When applied to intracavity generation, this case corresponds to the situation when these vectors coincide. For the second type of synchronism, the wave vectors k' 1 and k'' 1 are different and correspond to mutually perpendicular directions of polarizations. When searching for synchronism directions (directions for which condition (3) is satisfied) in nonlinear crystals, the main crystallographic planes are used, and the polarization directions of the radiation of the fundamental and second harmonic waves turn out to be tied to the crystallographic axes and planes. Thus, in the technical solution under consideration, in order to ensure synchronism in the direction of polarization of the main radiation, it is proposed to control the polarization using a half-wave plate 7.
Использование линейного резонансного отражателя для ГВГ приводит к тому, что вторая гармоника генерируется в двух направлениях. Однако в предложенном техническом решении появляется возможность объединить в один пучок две волны второй гармоники, генерируемые при прохождении основного излучения по нелинейному кристаллу вперед и назад. Для этого нужно сделать возвращающий отражатель 12 отражающим не только для излучения основной, но и второй гармоники. Следует учесть, что процесс ГВГ фазовочувствительный, поэтому для дополнительного увеличения эффективности ГВГ потребуется принять меры по согласованию фаз основной и второй гармоник при повторном проходе через нелинейный кристалл с помощью фазовой пластинки 14. Таким образом, резонансный отражатель 13 выполнен содержащим дихроичное просветленное зеркало 9, оптическое излучение проходящее через резонатор делится посредством дихроичного просветленного зеркала 9 на верхнее плечо включающее в себя первое возвращающее зеркало 10, и нижнее плечо включающее в себя последовательно расположенными первый нелинейный кристалл 11, который при этом выполнен для генерации второй гармоники, просветленную фазовую пластинку 14, возвращающий отражатель 12, и при этом радиусы кривизны первого возвращающего зеркала 10, возвращающего отражателя 12 и дихроичного просветленного зеркала 9 выбираются с возможностью фокусировки в первый нелинейный кристалл 11, при этом дихроичное просветленное зеркало 9 выполнено с возможностью пропускания второй гармоники, первое возвращающее зеркало 10, которое выполнено отражающим оптическое излучение строго назад, первый нелинейный кристалл 11, возвращающий отражатель 12, который выполнен отражающим назад основную гармонику и вторую гармонику, просветленную фазовую пластинку 14, которая выполнена пропускающей излучение основной гармоники и второй гармоники и позволяющей изменять разность фаз излучения между основной гармоникой и второй гармоникой. На первом проходе генерируемое излучение доходит до возвращающего отражателя 12 и возвращается назад вместе с излучением на основной частоте. После второго прохода через первый нелинейный кристалл 11 излучение второй гармоники покидает резонансный отражатель 13 через дихроичное просветленное зеркало 9 и проходит через оптический фильтр 16, используемый для уменьшения на выходе лазера доли излучения на основной частоте. В случае использования нелинейного кристалла с критическим типом синхронизма или со вторым типом синхронизма после первого прохода на выходе из кристалла образуется несколько параллельных пучков (основной/второй гармоник и разных поляризаций). В такой ситуации возвращающий отражатель 12 нужно сделать телескопическим. Замена отражателя позволит как сделать резонатор высокодобротным для обоих пучков/ для обеих поляризаций, так и увеличить эффективность ГВГ на втором проходе через нелинейный кристалл (Фиг.2). Таким образом, возвращающий отражатель 12 может быть выполнен в виде возвращающего зеркала либо в виде телескопического отражателя, состоящего из поворотного зеркала и возвращающего зеркала либо в виде телескопического отражателя, состоящего из линзы и возвращающего зеркала. При этом техническое решение позволяет использовать как кристаллы без просветления оптических поверхностей (например, кристаллы с оптическими поверхностями, ориентированными под углом Брюстера), так и кристаллы с просветлением оптических поверхностей. Таким образом, иная схема резонансного отражателя 13, который, теперь без внесения дополнительных элементов, может отражать излучение назад, поэтому можно использовать не только кристаллы с просветленными оптическими поверхностями, но и с поверхностями, ориентированными под углом Брюстера.The use of a linear resonant reflector for SHG results in the second harmonic being generated in two directions. However, in the proposed technical solution, it becomes possible to combine into one beam two second harmonic waves generated when the main radiation passes back and forth through a nonlinear crystal. To do this, you need to make the returning reflector 12 reflective not only for the radiation of the fundamental, but also the second harmonic. It should be taken into account that the SHG process is phase-sensitive, therefore, to further increase the SHG efficiency, it will be necessary to take measures to match the phases of the fundamental and second harmonics during repeated passage through the nonlinear crystal using the phase plate 14. Thus, the resonant reflector 13 is made containing a dichroic antireflective mirror 9, an optical The radiation passing through the resonator is divided by means of a dichroic anti-reflective mirror 9 into the upper arm, which includes the first returning mirror 10, and the lower arm, which includes the first nonlinear crystal 11, which is configured in series to generate the second harmonic, an antireflective phase plate 14, and a returning reflector. 12, and at the same time, the radii of curvature of the first returning mirror 10, the returning reflector 12 and the dichroic antireflective mirror 9 are selected with the possibility of focusing into the first nonlinear crystal 11, while the dichroic antireflective mirror 9 is configured to transmit the second harmonic, the first returning mirror 10, which is made reflecting optical radiation strictly back, the first nonlinear crystal 11, the returning reflector 12, which is made to reflect back the fundamental harmonic and the second harmonic, the antireflective phase plate 14, which is made to transmit the radiation of the fundamental harmonic and the second harmonic and allows you to change the phase difference of the radiation between the fundamental harmonic and the second harmonic. On the first pass, the generated radiation reaches the returning reflector 12 and returns back along with the radiation at the fundamental frequency. After the second passage through the first nonlinear crystal 11, the second harmonic radiation leaves the resonant reflector 13 through the dichroic coated mirror 9 and passes through the optical filter 16, which is used to reduce the fraction of radiation at the fundamental frequency at the laser output. In the case of using a nonlinear crystal with a critical type of matching or with a second type of matching, after the first pass, several parallel beams (fundamental/second harmonics and different polarizations) are formed at the output of the crystal. In such a situation, the returning reflector 12 must be made telescopic. Replacing the reflector will make it possible both to make the resonator high-quality for both beams/for both polarizations, and to increase the SHG efficiency on the second pass through the nonlinear crystal (Fig. 2). Thus, the returning reflector 12 can be made in the form of a returning mirror or in the form of a telescopic reflector consisting of a rotating mirror and a returning mirror or in the form of a telescopic reflector consisting of a lens and a returning mirror. In this case, the technical solution allows the use of both crystals without coating of optical surfaces (for example, crystals with optical surfaces oriented at the Brewster angle) and crystals with coating of optical surfaces. Thus, there is a different design of the resonant reflector 13, which, now without introducing additional elements, can reflect radiation back, so it is possible to use not only crystals with coated optical surfaces, but also with surfaces oriented at the Brewster angle.
Следует также отметить, что в техническом решении, по второму варианту, можно реализовать и увеличение эффективности при создании параметрических генераторов или генерации третьей гармоники. Для этого, схема в части резонансного отражателя 13 будет иной - добавлено поворотное зеркало 19 и второй нелинейный кристалл 18 в верхнее плечо отражателя до первого возвращающего зеркала 10, а остальные элементы схемы волоконного лазера как и по первому варианту реализации, хотя бы один источник излучения накачки 1, волоконный световод, спектрально-селективный отражающий элемент 2, волоконный модуль спектрального сведения 3, поддерживающий поляризацию излучения усиливающий волоконный световод 4, торец волокна линейного резонатора 5, коллимирующий оптический элемент 6, фокусирующий оптический элемент 8, резонансный отражатель 13 оптически связанны между собой. Также, как и в первом варианте технического решения, падающее на резонансный отражатель 13 излучение частично отражается от дихроичного просветленного зеркала 9 и уходит за пределы волоконного лазера. На первом проходе излучение ГВГ отразится от возвращающего отражателя 12, который выполнен отражающим назад основную гармонику и вторую гармонику, а излучение ГВГ после второго прохода должно быть направлено во второй нелинейный кристалл 18 для генерации третьей гармоники. Для этого дихроичное просветленное зеркало 9 должно быть дихроичным (высокоотражающим и для излучения ГВГ). При этом дихроичное просветленное зеркало 9 и поворотное зеркало 19 выполнены отражающими для второй гармоники таким образом, чтобы максимальная доля излучения второй гармоники попадала во второй нелинейный кристалл 18. Первое возвращающее зеркало 10 должно быть высокопропускающим для излучения третьей и второй гармоники, а также при этом отражающую назад основную гармонику по тому же оптическому пути. На выходе, поставлен оптический фильтр второго уровня 20, который выполнен удаляющим излучение основной и второй гармоники и оставляющим в выходном пучке излучения только излучение третьей гармоники, которое исходит из первого возвращающего зеркала 10 для уменьшения доли излучения на основной частоте и частоте ГВГ. Далее радиусы кривизны первого возвращающего зеркала 10, возвращающего отражателя 12, дихроичного просветленного зеркала 9 и поворотного зеркала 19 выбираются с возможностью фокусировки в первый нелинейный кристалл 11 выполненный для генерации второй гармоники и во второй нелинейный кристалл 18 выполненный для генерации третьей гармоники. Кроме того, просветленная фазовая пластинка 14, как и для первого варианта технического решения, выполнена пропускающей излучение основной гармоники и второй гармоники и позволяющей изменять разность фаз излучения между основной гармоникой и второй гармоникой.It should also be noted that in the technical solution, according to the second option, it is possible to realize an increase in efficiency when creating parametric generators or third harmonic generation. For this, the circuit in terms of the resonant reflector 13 will be different - a rotating mirror 19 and a second nonlinear crystal 18 will be added to the upper arm of the reflector before the first returning mirror 10, and the remaining elements of the fiber laser circuit, as in the first embodiment, will include at least one pump radiation source 1, a fiber light guide, a spectral-selective reflective element 2, a fiber spectral convergence module 3, an amplifying fiber light guide 4 that supports radiation polarization, a fiber end of a linear resonator 5, a collimating optical element 6, a focusing optical element 8, a resonant reflector 13 are optically connected to each other. Also, as in the first version of the technical solution, the radiation incident on the resonant reflector 13 is partially reflected from the dichroic coated mirror 9 and goes beyond the fiber laser. On the first pass, the SHG radiation will be reflected from the returning reflector 12, which is designed to reflect back the fundamental harmonic and the second harmonic, and the SHG radiation after the second pass should be directed to the second nonlinear crystal 18 to generate the third harmonic. For this, the dichroic coated mirror 9 must be dichroic (highly reflective for SHG radiation). In this case, the dichroic coated mirror 9 and the rotating mirror 19 are made reflective for the second harmonic so that the maximum fraction of the radiation of the second harmonic falls into the second nonlinear crystal 18. The first returning mirror 10 must be highly transmitting for the radiation of the third and second harmonics, as well as reflecting back the fundamental harmonic along the same optical path. At the output, a second-level optical filter 20 is installed, which is designed to remove the fundamental and second harmonic radiation and leave in the output radiation beam only the third harmonic radiation, which comes from the first returning mirror 10 to reduce the proportion of radiation at the fundamental frequency and the SHG frequency. Next, the radii of curvature of the first returning mirror 10, the returning reflector 12, the dichroic antireflective mirror 9 and the rotating mirror 19 are selected with the possibility of focusing into the first nonlinear crystal 11 designed to generate the second harmonic and into the second nonlinear crystal 18 made to generate the third harmonic. In addition, the coated phase plate 14, as for the first version of the technical solution, is made to transmit radiation from the fundamental harmonic and the second harmonic and allows one to change the radiation phase difference between the fundamental harmonic and the second harmonic.
При обеспечении условий синхронизма и оптимальной фокусировки можно повысить эффективность генерации третьей гармоники или параметрических процессов за счет резонансного увеличения интенсивности излучения основной частоты и вызванного этим увеличением ростом мощности ГВГ. By ensuring the conditions of synchronism and optimal focusing, it is possible to increase the efficiency of third harmonic generation or parametric processes due to a resonant increase in the intensity of the fundamental frequency radiation and the resulting increase in SHG power.
Как и для первого варианта заявляемого технического решения, во втором варианте возвращающий отражатель 12 может быть выполнен в виде телескопического отражателя, состоящего из поворотного зеркала и возвращающего зеркала либо телескопического отражателя, состоящего из линзы и возвращающего зеркала с возможностью отражения пучков основной гармоники и второй гармоники по одному и тому же оптическому пути, либо возвращающий отражатель 12 может быть выполнен в виде возвращающего зеркала. As for the first version of the proposed technical solution, in the second version the returning reflector 12 can be made in the form of a telescopic reflector consisting of a rotating mirror and a returning mirror or a telescopic reflector consisting of a lens and a returning mirror with the ability to reflect beams of the fundamental harmonic and the second harmonic according to the same optical path , or the returning reflector 12 can be made in the form of a returning mirror.
Кроме того, волоконный лазер дополнительно оснащен полуволновой пластинкой 7, которая расположена между коллимирующим оптическим элементом 6 и фокусирующим оптическим элементом 8 при этом полуволновая пластинка 7 выполнена с возможностью управления направлением поляризации излучения волн основной гармоники на плоскость падения первого нелинейного кристалла 11 для обеспечения условия синхронизма. При этом первый нелинейный кристалл 11 может быть выполнен с оптическими поверхностями с антиотражающими покрытиями ориентированными для наклонного падения на кристалл, а второй нелинейный кристалл 18 выполнен с оптическими поверхностями с антиотражающими покрытиями ориентированными для наклонного падения на кристалл, либо первый нелинейный кристалл 11 выполнен с оптическими поверхностями без антиотражающих покрытий ориентированными для наклонного падения на кристалл под углом Брюстера, а второй нелинейный кристалл 18 выполнен с оптическими поверхностями с антиотражающими покрытиями ориентированными для наклонного падения на кристалл, либо первый нелинейный кристалл 11 выполнен с оптическими поверхностями с антиотражающими покрытиями ориентированными для наклонного падения на кристалл, а второй нелинейный кристалл 18 выполнен с оптическими поверхностями без антиотражающих покрытий ориентированными для наклонного падения на кристалл под углом Брюстера, либо первый нелинейный кристалл 11 выполнен с оптическими поверхностями без антиотражающих покрытий ориентированными для наклонного падения на кристалл под углом Брюстера, а второй нелинейный кристалл 18 выполнен с оптическими поверхностями без антиотражающих покрытий ориентированными для наклонного падения на кристалл под углом Брюстера. Характерные значения коэффициента пропускания дихроичного просветленного зеркала 9 также лежат в диапазоне 0.5% - 10%.In addition, the fiber laser is additionally equipped with a half-wave plate 7, which is located between the collimating optical element 6 and the focusing optical element 8, while the half-wave plate 7 is configured to control the polarization direction of the fundamental harmonic wave radiation onto the plane of incidence of the first nonlinear crystal 11 to ensure synchronism conditions. In this case, the first nonlinear crystal 11 can be made with optical surfaces with anti-reflective coatings oriented for oblique incidence on the crystal, and the second nonlinear crystal 18 can be made with optical surfaces with anti-reflective coatings oriented for oblique incidence on the crystal, or the first nonlinear crystal 11 is made with optical surfaces without anti-reflection coatings oriented for oblique incidence on the crystal at a Brewster angle, and the second nonlinear crystal 18 is made with optical surfaces with anti-reflection coatings oriented for oblique incidence on the crystal, or the first nonlinear crystal 11 is made with optical surfaces with anti-reflection coatings oriented for oblique incidence on the crystal , and the second nonlinear crystal 18 is made with optical surfaces without anti-reflection coatings oriented for oblique incidence on the crystal at the Brewster angle, or the first nonlinear crystal 11 is made with optical surfaces without anti-reflection coatings oriented for oblique incidence on the crystal at the Brewster angle, and the second nonlinear crystal 18 made with optical surfaces without anti-reflection coatings oriented for oblique incidence on the crystal at the Brewster angle. The characteristic values of the transmittance of the dichroic coated mirror 9 also lie in the range of 0.5% - 10%.
Кроме того, как в первом варианте, так и во втором варианте возможно использование спектрально-селективного отражающего элемента 2 в виде волоконной брэгговской решетки или объемной дифракционной решеткой. А также спектрально-селективного отражающего элемента в виде призмы в сочетании с отражающим зеркалом или призмы Литтрова с отражающим покрытием на поверхности, на которую нормально падает пучок лазерного излучения после преломления на входной поверхности призмы. Кроме того, поддерживающий поляризацию излучения усиливающий волоконный световод 4 может быть выполнен в виде стеклянного оптического волокна, либо стеклянного оптического волокна, допированного редкоземельными элементами или легированного оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi.In addition, both in the first version and in the second version it is possible to use a spectral-selective reflective element 2 in the form of a fiber Bragg grating or a volumetric diffraction grating. As well as a spectral-selective reflecting element in the form of a prism in combination with a reflecting mirror or a Littrow prism with a reflective coating on the surface on which the laser beam normally falls after refraction at the entrance surface of the prism. In addition, the amplifying fiber light guide 4 that supports radiation polarization can be made in the form of a glass optical fiber, or a glass optical fiber doped with rare earth elements or doped with oxides of germanium, phosphorus, or a combination thereof, and the oxide matrix may include a compound of the chemical element Si , N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Ta, Zr, Bi.
Таким образом, отсутствие, в заявляемом техническом решении, слабоотражающих под прямым углом пар поверхностей будет предохранять лазер от образования паразитных интерферометров (предлагается использовать наклонное падение оптического излучения на поверхности нелинейных кристаллов) улучшит стабильность генерации в лазере. Преимуществом технического решения является сохранение относительно высокой стабильности лазера с относительно невысоким уровнем флуктуаций интенсивности излучения (порядка нескольких процентов).Thus, the absence, in the proposed technical solution, of pairs of surfaces weakly reflecting at right angles will protect the laser from the formation of parasitic interferometers (it is proposed to use an inclined incidence of optical radiation on the surface of nonlinear crystals) and will improve the stability of generation in the laser. The advantage of the technical solution is the preservation of relatively high laser stability with a relatively low level of radiation intensity fluctuations (of the order of several percent).
Claims (21)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2822557C1 true RU2822557C1 (en) | 2024-07-09 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2328064C2 (en) * | 2006-06-02 | 2008-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НовоЛазер" ООО "НовоЛазер" | Fiber intracavity-doubled laser (variants) |
| RU123239U1 (en) * | 2012-08-16 | 2012-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | FEMTOSECOND LASER SYSTEM WITH STABILIZATION OF THE FREQUENCY OF REPEATING THE PULSE USING THE FREQUENCY METHANE OF THE FREQUENCY |
| RU2548388C1 (en) * | 2013-12-30 | 2015-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Техноскан-Лаб" (ООО "Техноскан-Лаб") | Fibre laser with nonlinear radiation frequency conversion in high-q resonator (versions) |
| US9627839B2 (en) * | 2011-01-24 | 2017-04-18 | University Of Southampton | Optical fiber lasers |
| EP2041848B1 (en) * | 2006-07-13 | 2017-08-09 | EOLITE Systems | Fiber optic power laser device |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2328064C2 (en) * | 2006-06-02 | 2008-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НовоЛазер" ООО "НовоЛазер" | Fiber intracavity-doubled laser (variants) |
| EP2041848B1 (en) * | 2006-07-13 | 2017-08-09 | EOLITE Systems | Fiber optic power laser device |
| US9627839B2 (en) * | 2011-01-24 | 2017-04-18 | University Of Southampton | Optical fiber lasers |
| RU123239U1 (en) * | 2012-08-16 | 2012-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | FEMTOSECOND LASER SYSTEM WITH STABILIZATION OF THE FREQUENCY OF REPEATING THE PULSE USING THE FREQUENCY METHANE OF THE FREQUENCY |
| RU2548388C1 (en) * | 2013-12-30 | 2015-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Техноскан-Лаб" (ООО "Техноскан-Лаб") | Fibre laser with nonlinear radiation frequency conversion in high-q resonator (versions) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5333142A (en) | Technique for intracavity sum frequency generation | |
| EP0712183B1 (en) | Wavelength stabilized light source | |
| EP0485187B1 (en) | Second harmonic generator using a laser as a fundamental wave source | |
| Ashkin et al. | Resonant optical second harmonic generation and mixing | |
| US5408481A (en) | Intracavity sum frequency generation using a tunable laser containing an active mirror | |
| USRE35215E (en) | Frequency converted laser diode and lens system therefor | |
| US5047668A (en) | Optical walkoff compensation in critically phase-matched three-wave frequency conversion systems | |
| US5291503A (en) | Internally stimulated optical parametric oscillator/laser | |
| US5651019A (en) | Solid-state blue laser source | |
| US5260953A (en) | Tunable solid-state laser | |
| EP0828178A2 (en) | Wavelength conversion apparatus with improved efficiency, easy adjustability, and polarization insensitivity | |
| US20040131093A1 (en) | Laser device for nonlinear conversion of light | |
| GB2252840A (en) | A method for generating coherent optical radiation by optical mixing. | |
| US5233620A (en) | Second-harmonic generating apparatus | |
| US5585962A (en) | External resonant frequency mixers based on degenerate and half-degenerate resonators | |
| Frölich et al. | Efficient frequency doubling of cw dye laser radiation | |
| US4233569A (en) | High power laser with tuning and line narrowing capability | |
| JP3683360B2 (en) | Polarization control element and solid-state laser | |
| Zimmermann et al. | Second harmonic generation at 972 nm using a distributed Bragg reflection semiconductor laser | |
| Sohler et al. | Frequency Conversion In Ti: LiNbO [sub] 3 [/sub] Optical Waveguides | |
| RU2822557C1 (en) | Fibre laser with intracavity generation of optical harmonics in resonant reflector (versions) | |
| Gabel et al. | A continuous tunable source of coherent UV radiation | |
| Henriksson et al. | Tandem PPKTP and ZGP OPO for mid-infrared generation | |
| US9170470B1 (en) | Non-planer, image rotating optical parametric oscillator | |
| KR950002068B1 (en) | Second harmonic generation method and apparatus |