การออกแบบเส้นทางแสงของเลเซอร์ไฟเบอร์โพลาไรซ์ที่มีความกว้างเส้นสเปกตรัมแคบ

การออกแบบเส้นทางแสงของเส้นใยโพลาไรซ์เลเซอร์ที่มีความกว้างเส้นแคบ

1. ภาพรวม

เลเซอร์ไฟเบอร์โพลาไรซ์แบบแคบ 1018 นาโนเมตร ความยาวคลื่นใช้งาน 1018 นาโนเมตร กำลังเอาต์พุต 104 วัตต์ ความกว้างสเปกตรัมที่ 3 dB และ 20 dB ประมาณ 21 GHz และ 72 GHz ตามลำดับ อัตราส่วนการลดทอนโพลาไรซ์ >17.5 dB และคุณภาพลำแสงสูง (2 x M – 1.62 และ 2 y M) Aระบบเลเซอร์โดยมีประสิทธิภาพความลาดชัน 79% (∼1.63)

2. คำอธิบายเส้นทางแสง

ในเลเซอร์ไฟเบอร์โพลาไรซ์ที่มีความกว้างเส้นสเปกตรัมแคบออสซิลเลเตอร์เลเซอร์ไฟเบอร์แบบโพลาไรซ์เชิงเส้นประกอบด้วยคู่ของตะแกรงไฟเบอร์แบบรักษาโพลาไรซ์ และไฟเบอร์แบบสองชั้นหุ้มด้วยอิตเทอร์เบียมเจือปนยาว 1.5 เมตร ขนาด 10/125 ไมโครเมตร ซึ่งใช้เป็นตัวกลางเพิ่มกำลัง ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงของไฟเบอร์นี้ที่ความยาวคลื่น 976 นาโนเมตร คือ 5 dB/m ออสซิลเลเตอร์เลเซอร์ถูกกระตุ้นด้วยแหล่งกำเนิดแสงที่ล็อกความยาวคลื่น 976 นาโนเมตรเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ด้วยกำลังสูงสุด 27 วัตต์ ผ่านตัวรวมลำแสงแบบรักษาขั้ว (1+1)×1 ตะแกรงสะท้อนแสงสูงมีค่าการสะท้อนแสงมากกว่า 99% และแบนด์วิดท์การสะท้อนแสง 3 dB อยู่ที่ประมาณ 0.22 นาโนเมตร ส่วนตะแกรงสะท้อนแสงต่ำมีค่าการสะท้อนแสง 40% และแบนด์วิดท์การสะท้อนแสง 3 dB อยู่ที่ประมาณ 0.216 นาโนเมตร ความยาวคลื่นการสะท้อนแสงตรงกลางของตะแกรงทั้งสองอยู่ที่ 1018 นาโนเมตร เพื่อรักษาสมดุลระหว่างกำลังเอาต์พุตของตัวเรโซเนเตอร์เลเซอร์และอัตราส่วนการลด ASE จึงได้ปรับค่าการสะท้อนแสงต่ำของตะแกรงให้เหมาะสมที่ 40% เส้นใยด้านท้ายของตะแกรงสะท้อนแสงสูงจะเชื่อมติดกับเส้นใยขยายสัญญาณ ในขณะที่เส้นใยด้านท้ายของตะแกรงสะท้อนแสงต่ำจะหมุน 90° และเชื่อมติดกับเส้นใยด้านท้ายของตัวกรองคลุม ดังนั้น ตำแหน่งสูงสุดของความยาวคลื่นสะท้อนตามแกนเร็วของตะแกรงสะท้อนสูงจึงตรงกับตำแหน่งสูงสุดของความยาวคลื่นสะท้อนตามแกนช้าของตะแกรงสะท้อนต่ำ ด้วยวิธีนี้ เลเซอร์โพลาไรซ์เพียงตัวเดียวเท่านั้นที่จะสามารถสั่นในโพรงเรโซแนนซ์ได้ แสงปั๊มที่เหลืออยู่ในปลอกหุ้มใยแก้วนำแสงจะถูกกรองออกโดยตัวกรองปลอกหุ้มที่ทำขึ้นเองซึ่งหลอมรวมเข้ากับโพรงเรโซแนนซ์ และปลายสายส่งออกจะถูกตัดเฉียง 8° เพื่อป้องกันการป้อนกลับที่ปลายและปรากฏการณ์การสั่นที่ไม่พึงประสงค์

3. ความรู้พื้นฐาน

กลไกการสร้างเลเซอร์ใยแก้วโพลาไรซ์เชิงเส้น: เนื่องจากการหักเหของแสงเนื่องจากความเครียด ใยแก้วรักษาโพลาไรซ์รูปทรงลูกแพร์จึงมีแกนโพลาไรซ์ตั้งฉากสองแกน เรียกว่าแกนเร็วและแกนช้า โดยทั่วไป เนื่องจากดัชนีหักเหของแกนช้ามากกว่าของแกนเร็ว ตะแกรงที่เขียนบนใยแก้วรักษาโพลาไรซ์จึงมีความยาวคลื่นกลางสองค่าที่แตกต่างกัน โพรงเรโซแนนซ์ของเลเซอร์ใยแก้วโพลาไรซ์เชิงเส้นมักประกอบด้วยตะแกรงรักษาโพลาไรซ์สองอัน ความยาวคลื่นของตะแกรงสะท้อนต่ำและตะแกรงสะท้อนสูงบนแกนเร็วและแกนช้าจะสอดคล้องกันตามลำดับ เมื่อแบนด์วิดท์การสะท้อนของตะแกรงรักษาโพลาไรซ์แคบพอ สเปกตรัมการส่งผ่านในทิศทางแกนเร็วและแกนช้าจะสามารถแยกออกจากกันได้ และความยาวคลื่นทั้งสองสามารถสั่นภายในโพรงเรโซแนนซ์ได้ ตามหลักการสั่นแบบสองความยาวคลื่นของตะแกรงรักษาโพลาไรเซชัน ในการทดลองสามารถใช้วิธีการเชื่อมแบบขนานเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ดังกล่าว ในระหว่างการเชื่อม แกนรักษาโพลาไรเซชันของตะแกรงทั้งสองจะอยู่ในแนวเดียวกัน ด้วยวิธีนี้ ยอดการส่งผ่านสองยอดของตะแกรงสะท้อนสูงจะสอดคล้องกับยอดการส่งผ่านของตะแกรงสะท้อนต่ำ จึงทำให้สามารถสร้างเลเซอร์สองความยาวคลื่นได้

ในระบบรักษาโพลาไรเซชันของเลเซอร์จริง ความเบี่ยงเบนเชิงเส้นเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญสำหรับการประเมินลักษณะเอาต์พุตของเลเซอร์โพลาไรซ์เชิงเส้น โดยทั่วไปแล้ว คาบของตะแกรงสะท้อนแสงสูงจะมากกว่าคาบของตะแกรงสะท้อนแสงต่ำ เพื่อให้ได้เลเซอร์โพลาไรซ์เชิงเส้นที่มีค่า PER สูง จำเป็นต้องมีการสั่นของยอดโพลาไรเซชันเพียงยอดเดียวเท่านั้น เมื่อแกนเร็วของตะแกรงสะท้อนแสงต่ำอยู่ตามแนวแกนช้าของตะแกรงสะท้อนแสงสูง ความยาวคลื่นกลางในทิศทางแกนเร็วของตะแกรงสะท้อนแสงต่ำจะสอดคล้องกับความยาวคลื่นกลางในทิศทางแกนช้าของตะแกรงสะท้อนแสงสูง ในขณะที่ยอดการส่งผ่านในทิศทางแกนช้าของตะแกรงสะท้อนแสงต่ำจะไม่สอดคล้องกับยอดการส่งผ่านในทิศทางแกนเร็วของตะแกรงสะท้อนแสงสูง ด้วยวิธีนี้ ยอดการส่งผ่านเพียงยอดเดียวก็สามารถสั่นได้ ในทำนองเดียวกัน เมื่อแกนช้าของตะแกรงสะท้อนแสงต่ำอยู่ตามแนวแกนเร็วของตะแกรงสะท้อนแสงสูง ความยาวคลื่นกลางของแกนช้าของตะแกรงสะท้อนแสงต่ำจะตรงกับความยาวคลื่นกลางของแกนเร็วของตะแกรงสะท้อนแสงสูง ในขณะที่จุดสูงสุดของการส่งผ่านของแกนเร็วของตะแกรงสะท้อนแสงต่ำจะไม่ตรงกับจุดสูงสุดของการส่งผ่านของแกนช้าของตะแกรงสะท้อนแสงสูง ด้วยวิธีนี้ จุดสูงสุดของการส่งผ่านหนึ่งจุดก็สามารถสั่นได้เช่นกัน วิธีการทั้งสองข้างต้นสามารถสร้างเอาต์พุตเลเซอร์โพลาไรซ์เชิงเส้นได้ ตามหลักการสั่นของเลเซอร์โพลาไรซ์เชิงเส้นความยาวคลื่นเดียวของตะแกรงรักษาโพลาไรซ์ ในการทดลอง สามารถใช้วิธีการต่อแบบตั้งฉากเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ดังกล่าว เมื่อมุมการเชื่อมต่อของแกนรักษาโพลาไรเซชันของตะแกรงสะท้อนสูงและตะแกรงสะท้อนต่ำเป็น 90° จุดสูงสุดของการส่งผ่านในทิศทางแกนช้าของตะแกรงสะท้อนสูงจะสอดคล้องกับจุดสูงสุดของการส่งผ่านในทิศทางแกนเร็วของตะแกรงสะท้อนต่ำ ดังนั้นจึงสามารถสร้างเลเซอร์ใยแก้วโพลาไรซ์เชิงเส้นความยาวคลื่นเดียวได้