Волоконный кольцевой генератор с пассивной синхронизацией мод

Изобретение относится к лазерной технике. Импульсный волоконный генератор содержит однонаправленный кольцевой волновод, выполненный с возможностью испускать серию импульсов. Кольцевой волновод содержит множество волоконных усилителей, волоконных компонентов чирпирования, соединенных с соответствующими выводами первого и второго волоконных усилителей, и множество спектральных фильтров, соединенных с соответствующими компонентами чирпирования. Фильтры характеризуются наличием соответствующих спектральных полос пропускания, центрированных вокруг разных центральных длин волн для обеспечения прохождения света вдоль кольцевого резонатора в ответ на нелинейные процессы, созданные в кольцевом резонаторе. Генератор импульсов работает на предварительной ступени, на которой он превращает питч в сигнал, и на установившейся ступени, на которой он испускает серию импульсов через выходной ответвитель самое большее один раз за один двусторонний проход сигнала. Технический результат заключается в обеспечении возможности упрощения конструкции волоконного кольцевого лазера. 3 н. и 27 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Предпосылки к созданию настоящего изобретения

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Настоящее изобретение относится к короткоимпульсным волоконным кольцевым лазерным системам. В частности, настоящее изобретение относится к волоконному кольцевому резонатору с пассивной синхронизацией мод, выполненному с возможностью генерировать субнаносекундные гигантские чирпированные импульсы.

Терминология

Под аномальной дисперсией материала подразумевается материал, в котором показатель преломления увеличивается, постепенно увеличивая длину волны.

Полоса пропускания - это диапазон длины волны, используемый для обозначения специфической части спектра, пропускающего энергию падающего потока.

Блокирующий диапазон - это интервал длин волн, используемый для обозначения области спектра энергии, ослабляемой фильтром.

Средняя длина волны (CWL) - средняя точка между половиной максимальной амплитуды на коротком и длинном наклоне длины волны.

Чирпированный импульс - это импульс, в котором мгновенная средняя длина волны (частота) меняется на протяжении всего импульса в интервале времени.

Требуемый импульс - это импульс с требуемой шириной и продолжительностью спектра, созданного в кольцевом резонаторе.

Дисперсия - это зависимость скорости распространения света в материале (или показатель преломления) на длине волны.

Изолятор - устройство, обеспечивающее пропускание света только в одном направлении.

Линейность - в общем случае это математическая зависимость, которая может быть представлена графически как прямая линия, как в двух количествах, которые прямо пропорциональны друг другу.

Линейно-частотная модуляция - это модуляция импульса, при которой частота меняется по линейному закону в интервале времени.

Нелинейность - взаимодействие света с веществом в режиме, в котором ответная реакция материала на действие электромагнитного поля является нелинейной в амплитуде этого поля.

Нелинейное приращение фазы - нелинейное увеличение фазы относительно амплитуды электрического поля; одним примером нелинейного приращения фазы является увеличение ширины спектральной составляющей светового импульса за счет нелинейного явления фазовой самомодуляции.

Нормальная (положительная) дисперсия материала относится к материалу, в котором показатель преломления уменьшается с постепенным увеличением длины волны.

Оптические фильтры выполнены с возможностью выборочно пропускать свет в конкретном диапазоне длин волн, одновременно блокируя остальные. Они обычно пропускают только волны большой длины - фильтры пропускания длинных волн или только волны небольшой длины - фильтры пропускания коротких волн.

Оптическая длина пути - произведение геометрической длины пути и показателя преломления.

Периодическое (граничное) условие осциллятора - повторяемость параметров импульса после каждого прохождения через кольцевой резонатор.

Фаза - часть цикла волны, который завершился относительно начала координат.

Сдвиг фаз - две несовпадающие многократные волны. Сдвиг фаз может возникнуть вследствие разницы оптических длин путей соответствующих одинаковых волн.

Питч - вырабатываемый импульс света, двигающийся предварительно по кольцевому резонатору, характеристики которого в точках кольцевого резонатора отличаются от одного двустороннего прохода к другому.

Продолжительность импульса τр - это ширина интервала времени, в котором мощность составляет по меньшей мере половину пиковой мощности (FWHM).

Сверхкороткие импульсы - это импульсы в пикосекундном - фемтосекундном диапазоне продолжительности импульса.

Энергия импульса - это произведение пиковой мощности и ширины импульса (это справедливо для квадратичной аппроксимации импульса, однако, поскольку речь идет о части импульса с более высокой мгновенной интенсивностью, чтобы объяснить работу нелинейного зеркала в виде петли усиления (NALM), необходимо перефразировать это определение следующим образом: область под кривой импульса с временной интенсивностью), особенно область в пределах импульса.

Коэффициент добротности - отношение сохраненной энергии к энергии, рассеянной за один двусторонний проход.

Спектральная область - это характеристика импульс света, описывающая конечную ширину спектра (полосу пропускания) даже в импульсе с постоянной мгновенной частотой (т.е. импульс без чирпа).

Фазовая самомодуляция (SPM) - это явление, которое возникает из зависимости показателя преломления среды от интенсивности импульса света и которое проявляется в виде спектральной и временной модуляции, предусматривающей расширение импульса света.

Автомодельный импульс («симиляритон») - это параболический импульс, способный преобразовывать фазу, полученную в ходе нелинейного процесса, в ЛЧМ-импульс.

Сигнал - это импульс света, вырабатываемый из питча и характеризующийся непрерывным изменением параметров во время единственного двустороннего прохода, но при этом имеющего одинаковые характеристики в любой точке кольцевого резонатора во время выполнения последовательных двусторонних проходов.

Короткий импульс - это импульс, продолжительность которого находится в субнаносекундном диапазоне.

Солитон - это чирпированный импульс, который сохраняет свою временную и спектральную форму во время прохождения по кольцевому резонатору.

Временная область - это характеристика импульса света относительно оптической мощности Р, т.е. количество энергии в единицу времени, которая ощущается только в коротком интервале времени и приближается к нулю в любой момент времени.

Переходной импульс - это вырабатываемый импульс, направляемый по кольцевому резонатору и характеризующийся шириной и продолжительностью спектра, отличающейся (может быть меньше или больше, в частности с течением времени), от ширины и продолжительности спектра требуемого импульса.

Уровень техники

Короткоимпульсные волоконные лазерные системы, предлагающие инновационные архитектуры и более высокую пиковую интенсивность импульса в сочетании с высокими частотами повторений генерирования импульсов помогают в производстве компонентов, отличающихся высочайшим качеством, точностью и быстротой. За счет короткой продолжительности импульсов лазерная энергия может входить в материал за меньшее время, чем необходимо для нагрева, тем самым предотвращая тепловое разрушение детали. Неудивительно, что промышленные субнаносекундные лазерные системы находят широкое применение от области устройств медицинского назначения до других многочисленных сфер промышленности.

Импульсная лазерная система обязательно должна содержать генератор импульсов или осциллятор с лазерным резонатором. Частоты, циркулирующие в резонаторе и характеризующиеся больше усилением, чем потерями, называются продольными модами и могут рассматриваться как группа независимых осцилляторов. Циркулируя в резонаторе, продольные моды разделяются на ΔF=v/L для волоконного лазера, содержащего кольцевой резонатор, который в данном случае представляет особый интерес, где L - это длина резонатора, a v - скорость света. Пока эти моды колеблются независимо друг от друга, лазер непрерывно генерирует излучение. Однако если между различными модами присутствует фиксированный сдвиг фаз, резонатор будет испускать серию импульсов и превратится в резонатор с синхронизацией мод.

Известны несколько способов генерирования сверхкоротких импульсов. Один из таких способов - пассивная синхронизация фаз - является частью раскрываемого объекта изобретения. Основой пассивной синхронизации мод является наличие в кольцевом резонаторе по меньшей мере одного компонента, нелинейно откликающегося на увеличение пиковой интенсивности. Известны несколько архитектур для осуществления способа пассивной синхронизации мод.

Одной из таких архитектур является нелинейное вращение поляризации (NLPR), разобраться в котором поможет кольцевой резонатор, показанный на фиг. 1. Изолятор поляризации, установленный между двумя контроллерами поляризации, выполняет функцию синхронизирующего моды элемента. Он играет двойную роль изолятора и поляризатора, за счет чего свет, выходящий из изолятора, линейно поляризуется. Контроллер поляризации, установленный после изолятора, меняет состояние поляризации на эллиптическое. Состояние поляризации нелинейно меняется во время прохождения импульса за счет сдвига фаз, вызванного самомодуляцией и взаимной модуляцией, налагаемого на ортогонально поляризованные компоненты. Состояние поляризации неравномерно во всем импульсе ввиду зависимости интенсивности нелинейного сдвига фаз. Второй контроллер поляризации (установленный перед изолятором) настраивают таким образом, чтобы он принудительно делал поляризацию линейной в центральной части импульса. Изолятор поляризации обеспечивает прохождение центральной интенсивной части импульса, но при этом блокирует (поглощает) хвосты импульсов с низкой интенсивностью. В конечном результате импульс укорачивается после одного двустороннего прохода внутри кольцевого резонатора. Таким образом зависящий от поляризации изолятор, работая совместно с двулучепреломляющим волокном, может генерировать зависящие от интенсивности потери.

Разнообразие сверхвысокоэнергетичных импульсов можно успешно воспроизвести с помощью архитектуры NLPR, содержащей солитоны, солитоны на активной волноводной структуре, как правило, с обычной резонансной дисперсией и симиляритоны. Однако для контроллеров поляризации необходима сложная обратная связь с системой точной настройки. Процесс NLPR сильно зависит от изменений окружающей среды и условий компоновки. Как следствие, очень сложно соблюсти условия периодичности, т.е. воспроизводимость характеристик импульса в одном и том же месте после каждого двустороннего прохода по лазерному резонатору.

Интерферометрическая волоконная архитектура делится на два общих типа: нелинейное зеркало в виде оптической петли (NOLM), показанное на фиг. 2А, и нелинейное зеркало в виде петли усиления (NALM), показанное на фиг. 2В. Оба эти устройства работают по принципу интерферометра Саньяка. Последний выполнен из сплавленного волоконного ответвителя, выходные порты которого соединены друг с другом, образуя петлю, а встречные интенсивности Ic (двигающаяся по часовой стрелке) и Icc (двигающаяся против часовой стрелки) сделаны неравными либо за счет деления веток ответвителя не по 50% (NOLM), либо за счет расположения встроенного волоконного усилителя ближе к одному из портов ответвителя (NALM).

Оптические опорные сигналы с неодинаковыми интенсивностями получают дифференциальный фазовый сдвиг, достигаемый за счет нелинейного показателя преломления. Например, на фиг. 2А ответвитель делит интенсивность света сигнала между (50-n) % (Icc), движущегося против часовой стрелки в проходящем опорном сигнале с интенсивностью Icc, и (50+n) % (Ic), движущегося по часовой стрелке в опорном сигнале. Таким образом, если опорный сигнал Ic, движущийся по часовой стрелке, обладает достаточной интенсивностью для создания нелинейного отклика волокна, т.е. для возбуждения SPM, a Icc другого опорного сигнала низкая, между частями встречных опорных сигналов с разными мгновенными интенсивностями возникнет существенный дифференциальный сдвиг фаз. Проходя через сплавленный ответвитель, опорные сигналы мешают друг другу. Только части опорных сигналов с несовпадающими фазами, которые соответствуют верхушкам высокоинтенсивных импульсов, конструктивно сталкиваются в результате процесса SPM во время прохождения через петлю, тем самым образуя известное NALM.

Лазеры, работающие в соответствии с интерферометрическими архитектурами синхронизации фаз, представляют собой относительно новую и редко используемую конструкцию, что затрудняет обсуждение о практических преимуществах или недостатках этого конкретного подхода. Однако архитектура NOLM/NALM, как и NLPR, может и не обладать требуемой устойчивостью, т.е. выходящие импульсы могут быть неравномерными. Неравномерность импульсов приводит к низкой эффективности лазера. Более того архитектура NOLM/NALM, как и NLPR, непростая и не особенно экономичная.

Поэтому существует необходимость в абсолютно новой простой и прочной конструкции архитектуры для осуществления пассивной синхронизации фаз в генераторе импульсов с кольцевым резонатором, способной производить на выходе равномерные и высокоэнергетичные субнаносекундные импульсы света.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

В отличие от известных архитектур, предназначенных для генерирования чирпированного импульса, раскрываемый кольцевой резонатор не содержит отдельные элементы с нелинейным откликом. Другими словами, когда импульс проходит через каждый отдельный элемент, интенсивность спектральной составляющей меняется только линейно.

Нелинейный эффект, обеспечиваемый конструкцией согласно настоящему изобретению, возникает вследствие генерирования новых спектральных составляющих во время изменения импульса внутри кольцевого резонатора. Именно эти новые спектральные составляющие обеспечивают нелинейное изменение пиковой интенсивности импульса, проходящего через два спектральных фильтра, которые центрированы на разных центральных длинах волн. Новые спектральные составляющие повышают конкурентоспособность процесса синхронизации мод за счет более низких потерь на синхронизацию в сравнении с другими типами генерирования, например непрерывное излучение и модуляция добротности.

Конструкция в соответствии с настоящим изобретением может генерировать импульсы различных типов, включая солитоны, симиляритоны и прочее, и, в частности, является предпочтительной для генерирования сверхкоротких импульсов с гигантским чирпом. Для генерирования гигантского чирпированного импульса важное значение имеют две стадии установления режима пассивной синхронизации фаз короткоимпульсного генератора: (a) отфильтровывание импульса с узким спектром из более широкого импульса, и (b) увеличение ширины узкого импульса как по частоте, так и по времени за счет нелинейных эффектов, влияющих на свет в длинном волокне. Результатом этих двух стадий является линейный положительно чирпированный импульс, показанный на фиг. 3, т.е. импульс, ширина которого больше как в спектральной, так и во временной областях, чем у начального импульса, и который имеет несущую частоту, линейно меняющуюся в импульсе. Линейность несущей частоты важна для дальнейшего сжатия растянутого импульса.

Специалисту в области лазерной техники хорошо известна причина создания чирпированного импульса - это необходимость немного уменьшить пиковую интенсивность импульса лазеров (и усилителей), поскольку пагубные нелинейные эффекты и оптические разрушения могут отрицательно сказаться на работе генератора импульсов (и усилителя). Решение этой задачи заключается в увеличении продолжительности импульса или чирпировании, сохранении пиковой мощности на безопасных уровнях и в последующем сжатии выходящего импульса до первоначальной продолжительности после одной или нескольких последовательных ступеней усиления.

Генератор гигантских чирпированных импульсов в соответствии с настоящим изобретением содержит кольцевой волоконный волновод или резонатор, направляющий свет в одном направлении. Волоконный волновод содержит волоконный изолятор, обеспечивающий требуемую направленность света, проходящего в кольцевом волоконном волноводе. Множество волоконных компонентов, образующих кольцевой волоконный волновод, образуют множество волоконных групп, каждая из которых обязательно должна содержать один усилитель, одну волоконную катушку и один спектральный фильтр. На ступени пуска генератора импульсов в соответствии с настоящим изобретением в ответ на эталонные импульсы, испускаемые от внешнего источника затравки, или искусственно созданные генераторами накачки шумы в первом волоконном усилителе спонтанное излучение усиливается (ASE) в требуемом спектральном диапазоне, который характеризуется компонентом непрерывной волны излучения (CW) и одним или несколькими компонентами питча. Проходя через первую волоконную катушку, питч немного расширяется по спектру и времени и затем фильтруется по спектру в первом фильтре. Например, подобласть большой длины волны питча отфильтровывается от дальнейшего прохождения в требуемом направлении.

Затем отфильтрованный импульсный компонент усиливается во втором усилителе до значения пиковой интенсивности, достаточной для возбуждения нелинейного эффекта фазовой самомодуляции (SPM), и одновременно проходит через вторую волоконную катушку. SPM проявляется увеличением ширины импульсного компонента по спектру и времени, которое проявляется генерированием новых частотных компонентов или мод вокруг центрального компонента. Некоторые из новых сгенерированных частотных компонентов частично накладываются на полосу пропускания частот второго фильтра, который в отличие от первого фильтра, отсекает подобласть с короткой длиной волны питча. Генерирование новых спектральных составляющих становится возможным только при конкретных пиковых интенсивностях питчей, т.е. питчей с синхронизированными модами, достаточных для возбуждения явления фазовой самомодуляции.

Циркуляция питча может происходить в первом массиве, состоящем из комбинации первого усилителя, волоконной катушки и фильтра, выполненной с возможностью, соответственно, усиливать, расширять по спектру и времени и наконец, отфильтровывать вырабатываемый импульсный компонент. Таким образом, выработанный питч в конечном тоге усиливается во втором усилителе до требуемого значения пиковой интенсивности, способствуя таким образом увеличению ширины питча и полному охвату полосы пропускания второго фильтра. В этот момент питч спектрально увеличивается до требуемого значения сигнала, при этом во втором фильтре пиковая интенсивность, потерянная во втором фильтре, несколько уменьшается, но в полной мере компенсируется в первом усилителе. Заданная доля расширенного по спектру и времени сигнала в первой волоконной катушке направляется наружу кольцевого волновода как импульс с требуемой шириной спектра, интенсивностью и энергией для последующего усиления на по меньшей мере одной ступени усиления перед сжатием по спектру.

Для пуска раскрываемого импульсного генератора необходим внешний источник для создания шумов, которые после усиления обеспечивают расширение по спектру испускаемого импульса в сравнении со спектрами непрерывного генерирования излучения. В заявляемой конструкции низкочастотный шум или непрерывное излучение не может быть усилено ввиду работы множества пространственных фильтров с узкими полосами пропускания, но отличающимися центральными частотами в сравнении с установившимся спектром создания импульсов. Конфигурация схемы пуска генератора импульсов в соответствии с настоящим изобретением зависит от типа внешнего источника шума. В частности, спектральная зависимость между множеством фильтров напрямую зависит от конфигурации внешнего источника.

В соответствии с одной схемой пуска внешний источник, такой как диодный лазер, работает как генератор накачки, испускающий свет на длине волны, которая отличается от рабочей длины волны раскрываемого генератора импульсов. В соответствии с этим вариантом осуществления заявляемый генератор импульсов содержит спектральный фильтр с накладывающимися полосами пропускания. Такая конфигурация фильтров обеспечивает возможность различения генерирования непрерывного излучения с узкой линией, которое может возникать самопроизвольно из квантового или другого типа шума, и/или импульсы с модулированной добротностью с недопустимо высокой энергией.

Однако компонент непрерывной волны излучения имеет большое значение для правильной работы раскрываемого генератора импульсов на переходной ступени синхронизации мод лазера. Каждый усилитель характеризуется существенным накоплением энергии. На выходе из усилителя питч, проходящий через эти усилители, может обладать недопустимо высокой пиковой интенсивностью, которая может привести к полному разрушению не только генератора импульсов, но и последующих ступеней усиления. Для того чтобы немного уменьшить эту накопленную энергия, необходимо уменьшить инверсию заселенности в активной среде. Это осуществляется за счет компонента непрерывного излучения, который может иметь незначительный коэффициент усиления для уменьшения общей накопленной энергии в усилителе. Уменьшение накопленной энергии приводит к снижению пиковой интенсивности импульса и энергии питча. Образование не отфильтрованной области спектра между наложенными полосами пропускания соответствующих фильтров обеспечивает направление компонента непрерывного излучения через эту область по кольцевому волноводу и приводит к уменьшению накопленной энергии.

Другой аспект варианта осуществления накачки непрерывной волны излучения относится к усилению самопроизвольного излучения в требуемой области спектра, обеспечивая прохождение питча через заданную (и равномерную) ширину спектра обоих фильтров. Такое усиление в требуемой области спектра обеспечивается специальной формой света накачки. Изначально выход генератора накачки регулируется для излучения коротких предварительных импульсов высокой мощности продолжительностью от десятков микросекунд до миллисекунды для создания шумов в заданной области спектра. Предварительный импульс необходим для заселения фазового пространства распределения шума по частоте и интервалу времени. Затем текущий сигнал на входе генератора накачки прерывается, и энергии, созданной одним или несколькими предварительными импульсами, достаточно для усиления одного или нескольких небольших пиков интенсивности в требуемой области спектра, соответствующей полосе пропускания обоих фильтров. После этого генератор накачки испускает непрерывную волну излучения, амплитуда которой меньше амплитуды одного или нескольких начальных сигналов накачки, за счет чего питч достигает требуемого значения сигнала и устанавливается режим синхронизации мод.

В соответствии с другим вариантом осуществления предоставлена схема пуска с затравкой, запускающей эталонный импульс или импульсы на рабочей длине волны генератора импульсов. Эти импульсы направляются по кольцевому волноводу с частотой повторений, которая может быть идентичной или может отличаться от питчей, генерируемых в кольцевом волноводе в ответ на световой пучок накачки, испускаемый генератором накачки, который включается через некоторое время после затравки. После выключения затравки и исчезновения эталонных импульсов, но не ранее, избыточная энергия, хранящаяся в усилителях, будет уменьшена до безопасных допустимых значений для предотвращения генерирования импульсов с модулированной добротностью. В соответствии с этим вариантом осуществления в фильтрах соответствующие полосы пропускания могут как накладываться, так и не накладываться.

В установившемся самозапускающемся режиме генерирования рассеивающих солитонов или симиляритонов раскрываемый генератор импульсов работает аналогично другим кольцевым архитектурам, таким как NOLM/NALM и NLPR, в каждой из которых есть отдельный нелинейный элемент. Это благодаря тому, что в стабильном режиме такой элемент, по сути, не влияет на испускание импульса, он необходим только для формирования импульса из шума. Но в стабильном режиме заявляемый генератор импульсов испускает требуемый чирпированный импульс самое большое один раз в каждом двустороннем проходе, что отличается от линейных резонаторов, в которых световой сигнал многократно проходит через резонатор. Реализация такого испускания предусматривает либо расположение одного выходного ответвителя сразу после волоконных катушек, либо расположение двух выходных ответвителей сразу после соответствующих волоконных катушек. В случае двух выходных ответвителей чирпированный импульс выходит из кольцевого волновода после совершения каждой половины двустороннего прохода.

Краткое описание чертежей

Описанные выше аспекты и признаки раскрываемого генератора импульсов вместе с другими признаками станут более понятными после прочтения подробного описания, выполненного со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:

на фиг. 1 показана известная конфигурация генераторов импульсов на основе архитектуры NLPR;

на фиг. 2А и 2В показаны известные конфигурации соответствующих архитектур NOLM и NALM;

на фиг. 3 показан известный линейно чирпированный импульс;

на фиг.4 показана оптическая схема заявляемого генератора импульсов;

на фиг. 5А-5С показана принципиальная схема работы генератора импульсов в режиме пуска и в стабильном режиме генерирования импульсов;

на фиг. 6A-6D показаны спектры сигнала во время его прохождения через фильтры генератора импульсов согласно фиг.4 и 5С;

на фиг.7А и 7В показана принципиальная схема работы внешнего источника в разных схемах пуска заявляемого генератора импульсов;

на фиг. 8 схематически показан блок усиления, встроенный в раскрываемый генератор импульсов согласно фиг. 4;

на фиг. 9 показана схема измененного блока усиления в лазере согласно фиг. 4.

Подробное раскрытие настоящего изобретения

В качестве вступления необходимо отметить, что раскрываемый генератор импульсов с пассивной синхронизацией мод характеризуется новой архитектурой, содержащей множество специальных фильтров, которые в сочетании друг с другом создают нелинейный отклик, обеспечивающий возможность стабильной синхронизации мод.

На фиг. 4 показан заявляемый генератор импульсов, содержащий кольцевой волновод или кольцевой резонатор 10, в котором выходящий пучок одного из множества волоконных усилителей 12 и 20 служит затравкой для другого волоконного усилителя. Два или более идентичных массива или группы волоконных элементов соединены вместе между первым и вторым усилителями 12 и 20 с образованием кольцевого резонатора 10. Помимо волоконного усилителя каждая группа содержит волоконную катушку 16, 22, которая обеспечивает соответствующее периодическое расширение сигнала по спектру и времени, и фильтры 18, 24 с узкой полосой пропускания, осуществляющие спектральную фильтрацию расширенного сигнала. Конфигурация фильтров хорошо известна специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение, причем она обычно содержит относительно толстое зеркало с множеством диэлектрических слоев, способных пропускать только требуемый спектральный диапазон и, при необходимости, вводить либо нормальную, либо аномальную дисперсию, что будет описано ниже. Фильтры могут характеризоваться по существу одинаковой полосой пропускания. Альтернативно один из фильтров может характеризоваться полосой пропускания, которая самое большее в пять (5) раз шире, чем полоса пропускания другого фильтра. Более того, полоса пропускания каждого из фильтров должна быть в 2-10 раз уже, чем полоса пропускания выходящего импульса 55. Однако в некоторых случаях требуемая ширина импульса может быть уже, чем полоса пропускания фильтров. Последовательное расширение по спектру и спектральная фильтрации необходимы для генерирования импульсов с гигантским чирпом, характеризующихся требуемой шириной спектра, продолжительностью импульса и энергией, что представляет собой одну из целей настоящего изобретения. Кольцевой волновод 10 дополнительно содержит один или несколько изоляторов 28, обеспечивающих однонаправленное наведение света вокруг волновода, и один или несколько выходных ответвителей 30, расположенных сразу после соответствующих волоконных катушек 16, 22. Каждый из выходных ответвителей направляет чирпированный импульс 55 за пределы кольцевого волновода 10. Вышедший импульс 55 может быть дополнительно усилен на одной или нескольких ступенях усиления. Для достижения необходимой инверсии заселенности в активной среде усилителей, т.е. для запуска работы заявляемого генератора импульсов, один или два генератора 26 накачки непрерывного излучения оптически соединены с соответствующими усилителями. Все раскрытые выше компоненты соединены друг с другом волокнами с одной поперечной модой (SM). Принцип действия раскрываемого генератора импульсов, который будет описан ниже, предусматривает ненасыщенный пуск и насыщенные фазы установившегося генерирования импульсов (с синхронизацией мод).

Согласно фиг. 5А и 5В в дополнение к фиг. 4 фаза пуска предусматривает ступень инжекции затравки (фиг. 5А) и переходную ступень (фиг. 5В). На фазе пуска происходит расширение питча по спектру в требуемом спектральном диапазоне, так что его ширина спектра превышает ширину спектра генерирования непрерывного излучения. В настоящем изобретении раскрываются две разные конфигурации архитектуры пуска.

Одна из конфигураций пуска содержит два источника 26 непрерывной накачки (фиг. 4), такие как диодные лазеры с непрерывным излучением или волоконные лазеры с непрерывным излучением. Каждый генератор 26 накачки испускает световой пучок накачки, входящий в активную среду усилителя 12, 20 на длине волны λр, которая короче рабочей длины волны λо требуемого чирпированного импульса, выходящего через выходной ответвитель 30 на установившейся фазе генератора импульсов. Графическое представление изменения питча на фазе пуска, показанное на фиг. 5А-5В, является неточным и представляет собой лишь иллюстрацию общих принципов, способствующую пониманию процессов, происходящих внутри кольцевого волновода.

В частности, на фиг. 5А показано, как в активную среду одного или обоих усилителей входит световой пучок накачки, запускается непрерывный режим работы генератора импульсов, но со значительными колебаниями шума лазерного излучения в требуемой области спектра непрерывной волны излучения. Последняя характеризуется собственными спектрами с одним или несколькими низкоинтенсивными питчами 38 (показан только один), каждый из которых растянут в интервале времени 34 и характеризуется небольшой шириной спектральной линии 36, как показано на стадии 1-2. Когда шум в требуемой области спектра проходит через входной ответвитель 32 (стадия 2), питч 38 только незначительно расширяется по спектру. Следует отметить, что ввиду использования множества генераторов 26 накачки два процесса вырабатывания сигнала, т.е. изменение питча в сигнал, происходят в кольцевом волноводе практически одновременно или с очень маленькой задержкой, но в целях ясности подробно будет описан только один процесс.

На стадии 3, на которой выполняется ступень инжекции затравки, первый усилитель 12 увеличивает пиковую интенсивность питча 38. Проходя дальше через первую катушку 16, питч 38 распространяется в интервале времени и расширяется по спектру в частотном интервале, как показано на стадии 4, за счет относительно слабого нелинейного эффекта фазовой самомодуляции (SPM), вызванного повышением пиковой интенсивности. Однако последней все равно недостаточно для значительного расширения по спектру. Усиленный и расширенный таким образом питч 38 (в этой точке потери мощности на выходном ответвителе 30 недостаточны, как показано на стадии 5) далее входит в первый фильтр 18. Последний выполнен с возможностью, например, различать длинные волны требуемого диапазона частот, т.е. он пропускает подобласть с короткими длинами волн и блокирует длинные волны, как показано на стадии 6. Конечно же, фильтр 18 может быть выполнен с возможностью блокировки коротких волн и пропускания подобласти с длинными волнами.

Переходной импульс на выходе из первого фильтра 18 дополнительно затравляется во втором усилителе 20, за счет чего существенно увеличивается пиковая интенсивность питча, как показано на стадии 7. Последняя, в свою очередь, приводит к возбуждению фазовой модуляции во второй волоконной катушке 22, которая более интенсивная, чем в первой волоконной катушке 16, как показано на стадии 8. К тому же, новые сгенерированные частотные компоненты вдоль переднего фронта (длинные волны) питча 38 входят в полосу пропускания второго фильтра 24, выполненного с возможностью различать короткие волны, приведенные в качестве примера на схеме, как показано на стадии 9. На выходе из второго фильтра 24 моды характеризуются постоянным соотношением фаз, т.е. моды синхронизированы. При этом ни пиковая интенсивность, ни ширина спектра питча 38 еще не достигла требуемого порогового значения.

Согласно фиг. 5В переходная ступень начинается тогда, когда завершается предыдущая ступень инжекции ненасыщенной затравки. Питч, вышедший из фильтра 24, входит в первый усилитель 12, в котором его пиковая интенсивность снова увеличивается до уровня, достаточного для возбуждения эффекта SPM, приводя к генерированию новой частоты в первых волоконных катушках 16. Сравнивая идентичные стадии 4 на фиг. 5А и 5В соответственно, становится понятно, что ширина питча по существу увеличивается в спектральной области, и на переходной ступени он растягивается в интервале времени в сравнении со ступенью инжекции затравки. Однако ширина спектра питча 38 все равно может быть недостаточной для полного охвата полосы пропускания первого фильтра 18, который, следовательно, отсекает длинные волны проходящего переходного импульса. Наконец второй усилитель 22 увеличивает пиковую интенсивность до требуемого уровня, достаточного для увеличения ширины спектра питча и его продолжительности до требуемых значений во время прохождения через вторую волоконную катушку 22. Достигнув требуемой ширины спектра, питч полностью превращается в сигнал 50, ширина спектра которого на выходе из второй катушки полностью охватывает полосу пропускания фильтра 24. Как было указано выше, стадия пуска предусматривает один или несколько двусторонних проходов питча 38, предшествующих его полному превращению в требуемый сигнал. В принципе, в определенных условиях, половины двустороннего прохода может быть достаточно для формирования требуемого сигнала 50, который в этом случае будет полностью сформирован на ступени инжекции затравки.

Хоть в приведенном выше описании раскрывалось вырабатывание импульса, компонент непрерывного излучения играет важную роль в описанной выше архитектуре пуска. Кольцевой резонатор 10 характеризуется высоким коэффициентом добротности, что свидетельствует о накоплении в волоконных усилителях мощной энергии. Если эту энергию не ослабить, заявляемый кольцевой волновод будет создавать импульсы с модулированной добротностью с таким уровнем энергии, который сможет легко разрушить генератор импульсов. Уменьшение энергии осуществляется посредством специальной конфигурации двух фильтров 18 и 24, показанных на фиг. 4. Центральные длины волн λc1, λс2 соответствующих фильтров выбирают таким образом, чтобы полоса пропускания одного из фильтров накладывалась на полосу пропускания другого фильтра, как показано на фиг. 4. Наложение областей 40 спектра между двумя фильтрами обеспечивает возможность прохождения компонента непрерывного излучения, потребляющего избыточное количество энергии, накопленной в обоих усилителях. Однако усиление величины компонента непрерывного излучения должно быть таким, чтобы он не мешал основному процессу синхронизации мод. Образованная наложением область пропускает не более 10% от максимальной пропускной способности фильтра с наивысшей пропускной способностью, но предпочтительно не менее 0,1% фильтра с наименьшей пропускной способностью, если соответствующие амплитуды пропускной способности фильтров отличаются друг от друга. Однако фильтры могут быть выполнены с одинаковой амплитудой пропускной способности. В итоге, два фильтра 18 и 24 с соответствующими полосами пропускания, накладывающимися друг на друга, работают совместно для: 1) подавления непрерывной волны излучения и 2) превращения питча в требуемый сигнал в стабильном режиме с синхронизацией мод.

На фиг. 7А в сочетании с фиг. 4 показана еще одна функция раскрытой выше архитектуры пуска, относящаяся к усилению питча или питчей в требуемой частотной области. На самом деле неизвестно, сколько времени нужно для пуска усиления слабого питча в широкополосном низкочастотном шуме, который в конечном итоге заканчивается в требуемом диапазон длины волны фильтров. Чтобы гарантировать, что изменение питча будет происходить в требуемом диапазоне длины волны, генераторы 26 накачки оснащены входом с модуляцией током. Изначально запускающий предварительный импульс или предварительные импульсы светового пучка 42 накачки (фиг. 7А) с высокой амплитудой и небольшой продолжительностью от миллисекунды до нескольких миллисекунд входит в кольцевой волновод 10 (фиг. 4), а затем ввод в генератор 26 накачки прерывается на период, равный продолжительности начального светового пучка накачки. Такое переключение дает возможность распределить мгновенно накопленную энергию по широкому диапазону широкополосного низкочастотного шума с обязательным усилением одного или нескольких переходных импульсов в требуемой частотной области. Затем генератор 26 накачки снова включается и работает без прерываний в режиме создания непрерывного излучения, испуская непрерывный световой пучок 44 накачки, амплитуда которого остается ниже амплитуды предварительного импульса до тех пор, пока работает генератор импульсов. Амплитуду непрерывной накачки можно менять для регулировки параметров выходного сигнала.

Согласно фиг. 4 и 7В альтернативная конфигурация ступени пуска, в дополнение к генераторам 26 накачки, предусматривает затравку или затравки 46 (фиг. 4), которые включают до пуска генераторов 26 накачки и выдают один или несколько равномерных эталонных импульсов светового пучка 48 накачки (фиг. 7А). Эталонные импульсы постепенно затухают после отключения затравок сразу после того, как генераторы накачки начинают испускать непрерывный световой пучок накачки. Эта конфигурация, как и предыдущая, способствует снижению энергии, накопленной в волоконных лазерах 12 и 20, необходимому для предотвращения генерирования импульсов с модулированной добротностью. Эталонные импульсы проходят через кольцевой волновод 10 с частотой повторений включения и выключения затравки, отличающейся от частоты повторений, при которой требуемые импульсы выходят из кольцевого резонатора. Применение затравки 46 также может в некоторой степени изменить конфигурацию кольцевого волновода 10. В измененной конструкции волновод 10 могут содержаться фильтры 18 и 24, выполненные с соответствующими полосами пропускания, которые не накладываются друг на друга. Однако такое изменение не является обязательным, поэтому неизмененная конструкция кольцевого волновода 10, раскрываемая со ссылкой на фиг. 7А, также подходит для осуществления второго варианта осуществления.

Согласно фиг. 5С и 6A-6D установившаяся ступень раскрываемого генератора импульсов, как показано, запускается сразу после формирования сигнала 50 с требуемой шириной спектра в конце переходной ступени. Требуемая ширина спектра сигнала 50 в случае наложенных друг на друга полос пропускания соответствующих фильтров является такой, что часть выработанного сигнала будет проходить через образованную наложением область. Если полосы пропускания не накладываются друг на друга, требуемая ширина спектра сигнала будет накладываться на полосу пропускания последовательных фильтров.

В частности, во время прохождения сигнала 50 через фильтр 18 (фиг. 6А) последний отфильтровывает все моды с большой длинной волны, центрируя сигнал 50 на центральной длине волны λ1, как показано на фиг. 6В. После последующего усиления и расширения по спектру сигнал 50 получает новые частоты, достаточные для наложения на всю полосу пропускания фильтра 24, который в отличие от фильтра 18 блокирует дальнейшее продвижение всех коротких волн (фиг. 6С). В результате сигнал 50 центрирован на второй центральной длине волны λ2. Процесс дальнейшего усиления и расширения по спектру повторяется каждую половину двустороннего прохода сигнала в кольцевом резонаторе.

После выработки сигнала 50 он совершает только один двусторонний проход по кольцевому резонатору 10 перед тем, как выходной ответвитель 30 (фиг. 4) направит импульс 55 за пределы резонатора. Предпочтительно последний может содержать дополнительный выходной ответвитель 30, соединенный непосредственно с выходом второй волоконной катушки 22, как показано пунктирными линиями на фиг. 4. Такая конфигурация обеспечивает вывод импульса 55 после совершения каждой половины двустороннего прохода.

Раскрытый выше генератор импульсов может работать на любой требуемой рабочей длине волны, зависящей от ионов редкоземельных материалов, используемых в активной среде усилителей 12 и 20. Как приведено в качестве примера, эти редкоземельные материалы могут включать иттербий, эрбий и тулий. Однако другие редкоземельные материалы, известные как светоизлучатели, могут с таким же успехом использоваться вместо указанных выше материалов. В конструктивном отношении можно преимущественно использовать в дополнение к двум волоконным группам дополнительные волоконные группы для обеспечения равномерной пиковой мощности выведенных импульсов света сигнала.

Волоконные компоненты кольцевого волновода 10 могут иметь положительную чистую дисперсию. Последняя особенно преимущественная в диапазоне длины волны, равном один микрон, где все компоненты характеризуются нормальной дисперсией.

Однако, как показано на фиг. 4, в одномикронном диапазоне длины волны можно использовать генератор импульсов в соответствии с настоящим изобретением с одним из показанных элементов с отрицательной дисперсией, не влияющей на общую положительную чистую дисперсию. Например, положительная чистая дисперсия может быть получена за счет выполнения каждого компонента кольцевого волновода 10 с положительной (нормальной) дисперсией. Альтернативно один или несколько компонентов могут характеризоваться аномальной (отрицательной) дисперсией, но последняя не меняет общую положительную чистую дисперсию кольцевого резонатора. Например, фильтры 18 и 24, каждый по отдельности или оба сразу, могут характеризоваться аномальной дисперсией и при этом все равно успешно использоваться в одномикронном диапазоне длины волны. Чистая дисперсия волновода 10 может быть аномальной для всех или большинства компонентов волновода, характеризующихся ненормальной дисперсией. Наконец чистая дисперсия кольцевого резонатора 10 может быть нулевой.

Предпочтительно все волоконные компоненты волновода 10 выполнены в поляризационно-стабилизированном (РМ) формате. Однако некоторые из этих компонентов или все эти компоненты могут не быть РМ компонентами.

Согласно фиг. 8 и 9 усилители 12 и 20 содержат комбинацию легированного редкоземельными ионами волокна 128, противоположные концы которого разветвляются к соответствующим входным и выходным пассивным волокнам 130. У волокна 128 есть сердцевина 132, способная выдерживать только одну поперечную моду или множество поперечных мод (ММ). Однако на требуемой рабочей длине волны, например 1,06 микрон, сердцевина 132 волокна 128 с множеством поперечных мод может выдерживать только одну основную моду, для этого нужно правильно выбрать профиль легирования. Другими словами, когда свет с одной поперечной модой входит в сердцевину 132 с множеством поперечных мод активного волокна 128, он возбуждает только основную поперечную моду, которая, как известно специалисту в области техники настоящего изобретения, характеризуется профилем интенсивности, близко похожим на гауссовый по форме, аналогичный профилю волокон с одной поперечной модой. Сгенерированные таким образом импульсы 55 (фиг.4) испускаются генератором импульсов в одной поперечной моде. Альтернативно волокно 128 может характеризоваться наличием сердцевины с одной поперечной модой в схеме боковой накачки.

Волокна с множеством поперечных мод обеспечивают усилители с возможностью применения схемы боковой накачки, которая может обеспечивать ряд преимуществ по сравнению со схемой торцевой накачки, которая должна обязательно применяться совместно с активными волокнами с одной поперечной модой. Во-первых, для осуществления схемы боковой накачки не нужно использовать мультиплексор с разделением по длине волны (WDM), который может выдерживать только ограниченные мощности. Следовательно, другое преимущество схемы боковой накачки заключается в возможности генерирования импульсов, мощности которых превышают мощности активных волокон с одной поперечной модой, которые, безусловно, могут представлять альтернативу активным волокнам с множеством поперечных мод. Однако специалисту в области настоящего изобретения хорошо известна технология торцевой накачки.

На фиг. 9 показано активное волокно 128 с множеством поперечных мод, характеризующееся поперечным сечением с двумя сужениями. В результате изменения получают центральную увеличенную часть 132 сердцевины с диаметром, превышающим диаметр торцов 134 сердцевины. Увеличенная часть 132 сердцевины обеспечивает большие мощности накачки и уменьшенные длины волокон, которые сводят к минимуму вероятность взаимодействия между основной модой и модой высшего порядка. Концы 134 сердцевины похожи на концы, показанные на фиг. 7, и каждый из них характеризуется диаметром модового поля, которое совпадает с диаметром модового поля пассивных волокон с множеством поперечных мод.

Элементы, образующие кольцевой волновод 10, могут характеризоваться наличием положительной, отрицательной и нулевой дисперсией и их комбинацией. Например, как известно из находящейся на одновременном рассмотрении заявки на патент США, для создания кольцевого резонатора с положительной общей дисперсией для использования в одномикронном диапазоне длины волны. Кольцевой резонатор содержит множество волоконных компонентов с разными типами дисперсии, которые вместе обеспечивают кольцевой резонатор положительной дисперсией.

Внимание читателя обращается на все документы, поданные одновременно с настоящей заявкой и доступные для общественного ознакомления вместе с настоящей заявкой, и к содержанию таких документов, которые включены в настоящий документ посредством ссылки.

1. Волоконный генератор импульсов для испускания серии импульсов, каждый из которых характеризуется требуемой шириной спектра, продолжительностью и энергией, содержащий множество волоконных групп, соединенных друг с другом с образованием кольцевого резонатора, который направляет сигнал в одном направлении, причем каждая волоконная группа содержит:

волоконный усилитель для увеличения интенсивности сигнала до требуемого значения;

оптическое волокно, принимающее сигнал с требуемой интенсивностью, достаточной для увеличения ширины спектра сигнала до требуемого значения на выходе из оптического волокна; и

спектральный фильтр, соединенный с выходом оптического волокна и характеризующийся наличием полосы пропускания, причем полосы пропускания соответствующих оптических фильтров волоконных групп центрированы на соответствующих частотных компонентах, спектрально удаленных друг от друга, для обеспечения последовательного наложения сигнала на полосы пропускания соответствующих фильтров;

по меньшей мере одну волоконную группу, содержащую выходной ответвитель, напрямую соединенный с выходом оптического волокна и выполненный с возможностью направлять импульсы с требуемой шириной спектра, продолжительностью и энергией за пределы кольцевого резонатора.

2. Волоконный генератор импульсов по п. 1, дополнительно содержащий:

множество генераторов накачки, каждый из которых запускает непрерывную волну излучения, входящего в волоконный усилитель, и длина волны которого отличается от длины волны импульсов; и

множество источников затравки, каждый из которых испускает соответствующие эталонные импульсы для инициирования сигнала до включения генераторов накачки, причем после включения генераторов накачки происходит отключение источников затравки, эталонные импульсы проходят по кольцевому резонатору с частотой повторений, отличающейся от частоты повторений импульсов сигнала, и после входа в волоконный усилитель снижают хранящуюся накопленную энергию до уровня энергии, недостаточного для выработки импульсов с модулированной добротностью в кольцевом резонаторе.

3. Волоконный генератор импульсов по п. 2, в котором центральные частоты соответствующих оптических фильтров спектрально не накладываются друг на друга и блокируют прохождение непрерывной волны излучения (CW) через кольцевой резонатор или накладываются друг на друга таким образом, что пропускают менее 0,1% от непрерывной волны излучения.

4. Волоконный генератор импульсов по п. 1, дополнительно содержащий множество генераторов накачки, каждый из которых выполнен с возможностью:

изначально испускать предварительный импульс, достаточный для инициирования шумов в требуемой области спектра, который содержит по меньшей мере один питч, проходящий через волоконные усилители, волокна и фильтры соответствующих двух волоконных групп, для изменения питча в сигнал с требуемой шириной спектра и интенсивностью; и

после этого испускание непрерывной волны излучения;

центральные частоты соответствующих оптических фильтров спектрально удалены друг от друга, так что полосы пропускания соответствующих оптических фильтров накладываются друг на друга, причем область спектра между наложенными полосами пропускания образована с возможностью обеспечения циркуляции неотфильтрованной части непрерывной волны излучения вдоль кольцевого резонатора, достаточной для уменьшения накопленной энергии в волоконных усилителях до уровня, недостаточного для выработки импульсов с модулированной добротностью, причем фильтры выполнены с соответствующими амплитудами пропускной способности, равными друг другу или отличными друг от друга.

5. Волоконный генератор импульсов по п. 4, в котором центральные частоты соответствующих оптических фильтров находятся на расстоянии друг от друга, так что полосы пропускания соответствующих фильтров накладываются друг на друга, образуя между ними область спектра, способную пропускать менее 10% максимальной пропускной способности одного из фильтров, характеризующихся наивысшей пропускной способностью.

6. Волоконный генератор импульсов по п. 5, в котором образованная наложением зона способна пропускать самое большее 0,1% от максимальной пропускной способности другого фильтра, характеризующегося наименьшей пропускной способностью.

7. Волоконный генератор импульсов по п. 4, в котором продолжительность предварительного импульса может меняться от доли миллисекунды до нескольких миллисекунд, а мощность больше мощности сигнала непрерывной накачки.

8. Волоконный генератор импульсов по п. 1, в котором волоконные группы могут иметь нормальную чистую дисперсию или чистую аномальную дисперсию, причем во время прохождения через волоконные группы спектрально расширенный импульс сигнала растягивается по времени.

9. Волоконный генератор импульсов по п. 1, в котором волоконные группы, образующие кольцевой резонатор, могут иметь чистую нулевую дисперсию.

10. Волоконный генератор импульсов по п. 1, в котором спектрально расширенный импульс сигнала представляет собой линейно чирпированный импульс.

11. Волоконный генератор импульсов по п. 1, дополнительно содержащий дополнительный выходной ответвитель, соединенный с выходом другого оптического волокна, причем импульс с требуемой шириной спектра, интенсивностью и энергией выходит из кольцевого резонатора после совершения каждой половины двустороннего прохода.

12. Волоконный генератор импульсов по п. 1, в котором полосы пропускания соответствующих спектральных фильтров характеризуются наличием соответствующих идентичных полос пропускания, или идентичных амплитуд пропускной способности, или идентичных полос пропускания и амплитуд пропускной способности.

13. Волоконный генератор импульсов по п. 1, в котором полосы пропускания соответствующих спектральных фильтров характеризуются наличием разных полос пропускания, причем одна из них самое большее в пять раз больше другой.

14. Волоконный генератор импульсов по п. 1, в котором каждая волоконная группа выполнена в поляризационно-стабилизированном (РМ) формате или не в поляризационно-стабилизированном (РМ) формате.

15. Волоконный генератор импульсов по п. 7, в котором последовательно запущенные эталонные импульсы характеризуются наличием постепенно уменьшающихся амплитуд или равномерных амплитуд для обеспечения снижения энергии, накопленной в волоконных усилителях, до уровня, недостаточного для выработки импульсов с модулированной добротностью в кольцевом резонаторе.

16. Волоконный генератор импульсов по п. 1, в котором каждый волоконный усилитель содержит многомодовую сердцевину с противоположными конечными областями относительно небольшого равномерного диаметра и центральную равномерно выполненную область, диаметр которой превышает диаметр конечных областей, причем многомодовая сердцевина выполнена с возможностью выдерживать только основную моду на рабочей длине волны импульсов сигнала.

17. Волоконный генератор импульсов по п. 1, в котором каждый волоконный усилитель содержит активное волокно с одной поперечной модой.

18. Волоконный генератор импульсов по п. 16 или 17, дополнительно содержащий пассивные волокна с одной поперечной модой, соединенные с соответствующими противоположными концами каждого усилителя.

19. Волоконный генератор импульсов по п. 1, дополнительно содержащий по меньшей мере один изолятор, соединенный между двумя волоконными группами.

20. Волоконный генератор импульсов по п. 5 или 7, дополнительно содержащий входные ответвители, направляющие выходные пучки накачки и источников затравки в кольцевой резонатор.

21. Волоконный генератор импульсов по п. 5 или 7, в котором генераторы накачки выполнены с возможностью боковой накачки или торцевой накачки соответствующих усилителей.

22. Волоконный генератор импульсов по п. 1, в котором полосы пропускания соответствующих фильтров находятся на меньшей или большей ширине спектра импульса, чем требуется.

23. Волоконный лазер с кольцевым резонатором для создания и вывода сверхбыстрых импульсов, содержащий

множество волоконных групп, соединенных друг с другом с образованием кольцевого резонатора, причем каждая волоконная группа содержит волоконный усилитель, компонент чирпирования импульса и оптический фильтр, соединенный с выходом компонента чирпирования импульса и характеризующийся наличием полосы пропускания; и

выходной ответвитель, непосредственно соединенный с выходом компонента чирпирования для направления импульсов за пределы кольцевого резонатора, причем полосы пропускания соответствующих оптических фильтров волоконных групп центрированы на соответствующих частотных компонентах, спектрально удаленных друг от друга.

24. Волоконный лазер с кольцевым резонатором по п. 23, в котором компонент чирпирования импульса представляет собой отрезок оптического волокна.

25. Способ генерирования серии сверхкоротких импульсов в волоконном лазере с кольцевым резонатором, предусматривающий:

последовательное пропускание сигнала через спектральные фильтры для пропускания коротких и длинных волн, центрированные на соответствующих удаленных друг от друга центральных длинах волн, за счет чего происходит пропускание соответствующих подобластей коротких волн и длинных волн в области спектра сигнала, и

выведение сверхкороткого импульса из кольцевого резонатора по меньшей мере после совершения каждого двустороннего прохода сигнала.

26. Способ по п. 25, дополнительно предусматривающий:

усиление сигнала перед каждой фильтрацией до требуемой пиковой интенсивности; и

увеличение ширины усиленного сигнала по спектру в волоконном компоненте чирпирования перед фильтрацией.

27. Способ по п. 26, в котором фильтры коротких и длинных волн характеризуются наличием соответствующих центральных длин волн, расположенных на расстоянии друг от друга, так что полосы пропускания соответствующих фильтров не накладываются друг на друга.

28. Способ по п. 26, в котором фильтры коротких и длинных волн характеризуются наличием соответствующих центральных длин волн, расположенных на расстоянии друг от друга, так что полосы пропускания соответствующих фильтров накладываются друг на друга.

29. Способ по п. 27, дополнительно предусматривающий:

инжекцию одного или нескольких эталонных импульсов в кольцевой резонатор в течение первого периода времени; и

инициирование непрерывной волны излучения, содержащей компонент непрерывной волны излучения и компонент питча внутри кольцевого резонатора, в течение первого периода времени;

превращение компонента питча в сигнал; и

прекращение инжекции эталонных импульсов во время превращения компонента питча.

30. Способ по п. 28, дополнительно предусматривающий:

инжекцию предварительного импульса накачки в кольцевой резонатор в течение периода времени; и

после этого ввод непрерывной волны излучения в кольцевой резонатор.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лазерной технике. Параметрический генератор света содержит положительный нелинейный оптический кристалл, установленный с возможностью вращения относительно направления накачки в держателе из теплопроводного материала и связанный со средством его термостабилизации.

Изобретение относится к лазерной технике. Способ стабилизации длины волны узкополосного волоконного лазера заключается в том, что подавляют возникающий модовый перескок, выравнивая скорости изменения собственной частоты кольцевого резонатора узкополосного волоконного лазера и центральной частоты отражения волоконной брегговской решетки, термостатируя основание узкополосного волоконного лазера нагревательным элементом при температуре основания кольцевого волоконного лазера выше температуры окружающей среды, при этом нагрев основания осуществляют неравномерно с уменьшением температуры от центра к периферии основания, определяя распределение температуры по поверхности основания 1 из математического соотношения, а охлаждение основания узкополосного волоконного лазера производят через радиатор с воздушным охлаждением.

Изобретение относится к лазерной технике. Волоконный лазер для генерации высокоэнергетических световых импульсов содержит источник накачки, ответвитель ввода излучения накачки, волоконный кольцевой резонатор длиной ~10 м, включающий в себя активное волокно, устройство нелинейных потерь и ответвитель вывода генерируемого излучения из кольцевого резонатора.

Изобретение относится к области приборостроения и касается лазерного гироскопа с компенсацией составляющей, вносимой виброподставкой. Лазерный гироскоп (ЛГ) содержит кольцевой лазер (КЛ), устройство виброподставки, блок обработки сигналов КЛ, выход которого подключен к блоку компенсации, датчик параметров относительных крутильных колебаний КЛ в виде оптико-электронной системы определения положения КЛ.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области преобразования параметров вращения в электрический сигнал с помощью гироскопов, в которых чувствительным элементом служит кольцевой лазер, и может быть использовано, например, в системах навигации.

Изобретение относится к области лазерной техники и предназначено для обеспечения устойчивой генерации лазерных импульсов фемто-пикосекундного диапазона. Реализована схема с кольцевым волоконным лазером с пассивной синхронизацией мод на эффекте нелинейной эволюции поляризации, содержащая поляризующий оптический изолятор, активное волокно, накачиваемое лазерным диодом, два управляемых микроконтроллером оптических волоконных поляризационных контроллера.

Изобретение относится к гироскопам и измерительной технике и может быть использовано для регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа. Система содержит фотоприемник излучения кольцевого лазера, вход которого является входом излучения кольцевого лазера, оснащенного пьезоприводом и содержащего блок частотной подставки, вход которого является входом сигнала знакопеременной подставки, а выход соединен с невзаимным устройством кольцевого лазера, включенным в его резонатор.

Лазерная система одномодового одночастотного излучения содержит систему поворотных зеркал, установленных с возможностью образования кольцевого резонатора и по меньшей мере одной дополнительной петли излучения в нём.

Изобретение касается отбраковки кольцевых резонаторов лазерных гироскопов по величине порога зоны нечувствительности (порога захвата) и значениям нелинейных искажений масштабного коэффициента.

Узкополосный кольцевой волоконный лазер состоит из диода накачки, элемента Пельтье и кольцевого однонаправленного резонатора. Указанный резонатор включает активное волокно, делитель излучения, поляризационный циркулятор, волоконно-оптический изолятор и спектральный уплотнитель с линейной частью в виде насыщающего поглотителя из ненакачиваемого активного волокна и волоконной брэгговской решетки.

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано для генерации электромагнитного излучения в диапазонах радиосвязи. Способ генерации электромагнитного излучения, заключающийся в том, что возбуждающее лазерное излучение модулируется информационным сигналом на частотах радиосвязи и по волоконно-оптическим световодам подается на N элементов фотоэлектронных преобразователей, осуществляющих преобразование мощности модулированного светового потока в мощность модулированных электрических колебаний в диапазонах радиосвязи.

Изобретение относится к области волоконно-оптических источников усиленной спонтанной эмиссии. Способ решает задачу стабилизации в диапазоне температур нескольких параметров выходного оптического излучения источника усиленной спонтанной эмиссии, построенного по двухпроходной схеме с двухсторонней накачкой легированного ионами эрбия активного волокна двумя лазерными диодами, в частности мощности и центральной длины волны или мощности и ширины спектра.

Изобретение относится к лазерной технике. Параметрический генератор света содержит положительный нелинейный оптический кристалл, установленный с возможностью вращения относительно направления накачки в держателе из теплопроводного материала и связанный со средством его термостабилизации.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиосвязи. Широкополосное радиопередающее устройство содержит лазер с генератором накачки, оптический модулятор, оптическое устройство для формирования луча и введения его в волоконно-оптическую линию связи, N волоконно-оптических кабелей и антенную стойку с закрепленными на ней N солнечными элементами.

Изобретение относится к лазерной технике. Сущность заключается в раздельном охлаждении внутренней и внешней части дискового активного элемента либо путем торцевого присоединения внутренней и внешней его части к охлаждающим радиаторам с различной температурой, либо прикреплением внутренней части к элементу Пельтье, который, как и внешняя часть, присоединен к общему охлаждающему радиатору.

Изобретение относится к области лазерной техники. Способ сканирования с помощью лазерной системы содержит этапы, на которых: генерируют фемтосекундные затравочные импульсы с помощью генератора, увеличивают длительность затравочных импульсов с помощью модуля растяжения, усиливают растянутые затравочные импульсы с образованием лазерных импульсов с помощью усилителя, компенсируют дисперсию групповой задержки лазерных импульсов в диапазоне 5,000-20,000 фс² с помощью компенсатора дисперсии между торцевыми зеркалами усилителя.

Изобретение относится к нанотехнологиям, а именно к способам получения новых прозрачных консолидированных функциональных материалов (керамик) с высокими механическими характеристиками для фотоники и лазерной техники.

Изобретение относится к области лазерной техники и касается устройства сжатия оптического импульса. Устройство включает в себя корпус, неподвижную платформу, на которой установлены столики с позиционерами дифракционных решеток и зеркало, установленную на направляющих стержнях подвижную платформу с регулировочным винтом, ось которого параллельна направляющим стержням, и установленные на подвижной платформе столики с позиционерами дифракционных решеток.

Изобретение относится к области энергетической фотометрии и касается способа формирования лазерного излучения эталонной мощности. Способ включает в себя ослабление мощности лазерного излучения от выбранного источника с помощью основного вращающегося механического ослабителя из поглощающего материала с угловой прорезью, измерение полученной мощности Рэ с помощью эталонного приемника, расчет эталонной мощности Рм лазерного излучения и формирование лазерного излучения эталонной мощности Рм.

Излучатель лазера содержит установленные на основание блок резонаторных зеркал, уголковый отражатель, блок лазерного вещества, регулятор расходимости излучения, содержащий как минимум одну линзу, и первый двухзеркальный отражатель, на котором установлен второй двухзеркальный отражатель.

Изобретение относится к области волоконно-оптических источников усиленной спонтанной эмиссии. Способ решает задачу стабилизации в диапазоне температур нескольких параметров выходного оптического излучения источника усиленной спонтанной эмиссии, построенного по двухпроходной схеме с двухсторонней накачкой легированного ионами эрбия активного волокна двумя лазерными диодами, в частности мощности и центральной длины волны или мощности и ширины спектра.

Изобретение относится к лазерной технике. Импульсный волоконный генератор содержит однонаправленный кольцевой волновод, выполненный с возможностью испускать серию импульсов. Кольцевой волновод содержит множество волоконных усилителей, волоконных компонентов чирпирования, соединенных с соответствующими выводами первого и второго волоконных усилителей, и множество спектральных фильтров, соединенных с соответствующими компонентами чирпирования. Фильтры характеризуются наличием соответствующих спектральных полос пропускания, центрированных вокруг разных центральных длин волн для обеспечения прохождения света вдоль кольцевого резонатора в ответ на нелинейные процессы, созданные в кольцевом резонаторе. Генератор импульсов работает на предварительной ступени, на которой он превращает питч в сигнал, и на установившейся ступени, на которой он испускает серию импульсов через выходной ответвитель самое большее один раз за один двусторонний проход сигнала. Технический результат заключается в обеспечении возможности упрощения конструкции волоконного кольцевого лазера. 3 н. и 27 з.п. ф-лы, 9 ил.

Наверх