Nowe rodzaje wiat owodów aktywnych dla laserów w óknowych

Transkrypt

1 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 62, 1, (2010), Nowe rodzaje wiat owodów aktywnych dla laserów w óknowych DOMINIK DOROSZ, MARCIN KOCHANOWICZ, JACEK MOJDA, JAN DOROSZ Politechnika Bia ostocka, Katedra Promieniowania Optycznego, ul. Wiejska 45D, Bia ystok d.dorosz@pb.edu.pl Streszczenie W artykule przedstawiono nowe konstrukcje wiat owodów aktywnych, posiadaj cych w a ciwo ci luminescencyjne, umo liwiaj ce ich zastosowanie jako elementy w uk adach laserów w óknowych. wiat owody wielordzeniowe typu double-clad, o rdzeniach u o onych w prezentowanych kon guracjach, umo liwiaj uzyskanie w polu dalekim wi zki laserowej (supermodu) o du ym nat eniu i ma ej rozbie no ci. Innym rozwi zaniem jest wiat owód ze spiralnym rdzeniem b d cy po czeniem kon guracji typu offset z mo liwo ci odsprz enia czó rdzenia aktywnego w uk adach wzmacniaczy w óknowych du ej mocy. Dodatkowo, ze wzgl du na spiralny kszta t rdzenia w ókna, mo na uzyska jednomodowy rozk ad pola przy wi kszej rednicy rdzenia, a wi c i wi kszej ilo ci dodatku ziemi rzadkiej. Przedstawione w artykule wiat owody aktywne domieszkowane jonami Nd 3+ posiadaj siln luminescencj pozwalaj c na ich stosowanie w uk adach laserów w óknowych. S owa kluczowe: wiat owód aktywny, laser w óknowy, wiat owód double-clad, luminescencja, jony Nd 3+ NEW CONSTRUCTION OF ACTIVE OPTICAL FIBRES FOR FIBRE LASER APPLICATION The present paper shows possibility of applying a new construction of rare earth doped optical bres fabricated by the authors as an active material for constructing high-power bre lasers. Double-clad multicore active optical bres enable a high-intensity and low-divergence laser beam (supermod) in the far- eld diffraction region to be attained. A helical-core optical bre is the second type of active optical bres shown in the paper. Due to speci c shape of the core, such a bre is characterized by the effective absorption of pump radiation. Moreover, optimization of material and geometrical optical bre properties makes it possible to increase volume of active material (core diameter) while the single mode operation is preserved. Strong luminescence of both types of manufactured optical bres doped with Nd 3+ ions creates conditoins to their application in optical bre lasers. Keywords: Active optical bre, Fibre laser, Double-clad optical bre, Luminescence, Nd 3+ ions Wprowadzenie Lasery wiat owodowe, ze wzgl du na wyró niaj ce je w a ciwo ci, takie jak wysokie wzmocnienie, niski próg wzbudzenia, du a sprawno, doskona a jako emitowanej wi zki promieniowania czy brak konieczno ci ch odzenia (poza przypadkami ekstremalnymi), s przedmiotem intensywnych prac badawczych, a osi gni ty w ostatnim okresie post p spowodowa, e sta y si one jedn z podstawowych konstrukcji laserów cia a sta ego [1-10]. Zdolno o rodka czynnego do gromadzenia energii zale y od jego obj to ci oraz koncentracji domieszki ziemi rzadkiej. Niestety, oba te parametry s ograniczone warunkami technologicznymi [1]. Potrzeba uzyskania du ych mocy wyj ciowych doprowadzi- a do opracowania klasycznej konstrukcji o rodka aktywnego w postaci w ókna laserowego typu double-clad. Rdze takiego wiat owodu zachowuje z regu y propagacj jednomodow (dla generowanej d ugo ci fali), a wi c wynikaj c z tego faktu ma apertur numeryczn (0,05 0,1). Natomiast promieniowanie pompy propaguje si w wewn trznym wielomodowym p aszczu o mo liwie du ej aperturze numerycznej. Taka konstrukcja umo liwia stosunkowo atwe pobudzanie aktywnego rdzenia promieniowaniem pompy o du- ej g sto ci mocy. Pomimo swoich zalet, klasyczna ju konstrukcja aktywnych wiat owodów dwup aszczowych posiada pewne ograniczenia. W przypadku w ókien aktywnych, przeznaczonych do budowy impulsowych róde promieniowania g ównie w nanosekundowym re imie generacji, zmniejszenie apertury numerycznej rdzenia, w celu zwi kszenia obj to ci o rodka aktywnego, prowadzi do znacznego wypromieniowania zgromadzonej w rdzeniu energii do p aszcza. Spowodowane jest to wzmocnion emisj spontaniczn [1]. Przy generacji monoimpulsów, w uk adach laserów w óknowych, wyst puj zjawiska ograniczaj ce ich parametry energetyczne. Energia impulsu jest bowiem zale na od warto ci energii zgromadzonej w o rodku aktywnym, która to z kolei podlega ograniczeniom zwi zanym ze st eniem domieszki czynnej, obj to ci aktywnego rdzenia oraz zjawiskiem wzmocnienia emisji spontanicznej (ang. Ampli ed Spontaneous Emission - ASE). Ponadto stosunkowo ma e 74

2 NOWE RODZAJE WIAT OWODÓW AKTYWNYCH DLA LASERÓW W ÓKNOWYCH pole powierzchni przekroju poprzecznego rdzenia w klasycznych wiat owodach aktywnych sprzyja przekroczeniu g sto ci mocy, przy której pojawiaj si zjawiska nieliniowe (m.in. wymuszone rozproszenie Ramana, wymuszone rozpraszanie Brillouina oraz samomodulacja fazy). Ze zjawiskami nieliniowymi nale y si liczy szczególnie przy generacji krótkich impulsów o wysokich mocach szczytowych. Aktywny wiat owód dwup aszczowy jest wprawdzie bardzo dobrym o rodkiem wzmacniaj cym i nadaje si doskonale do konstrukcji wysokosprawnych laserów w óknowych, jednak zjawiska ograniczaj ce efektywn prac tych uk adów wymuszaj poszukiwanie nowych rozwi za konstrukcyjnych wiat owodów aktywnych [1]. Aktywne wiat owody wielordzeniowe Dwup aszczowe wiat owody wielordzeniowe otwieraj nowe mo liwo ci w zakresie konstrukcji krótkich laserów w óknowych du ej mocy. We w óknach tego typu zgromadzona ilo jonów domieszki ziemi rzadkiej jest znacz co wi ksza ni w klasycznym wiat owodzie o jednym rdzeniu. Ponadto, umieszczenie w p aszczu wielu rdzeni umo liwia N-krotn (N liczba rdzeni) redukcj d ugo ci wiat owodu, niezb dnej do absorpcji promieniowania pompy. Je eli promieniowanie generowane w poszczególnych rdzeniach jest wzajemnie koherentne, to w obszarze dalekiego pola uzyskuje si centralnie po o ony pik o du ym nat eniu i ma ej rozbie no ci (supermod) oraz symetrycznie roz o one listki boczne o znacznie mniejszym nat eniu. Rozbie no k towa centralnego piku zmniejsza si proporcjonalnie do liczby emiterów (elementów macierzy) generuj cych promieniowanie wzajemnie koherentne [3, 4]. Obecnie trwaj intensywne badania dotycz ce fazowania promieniowania generowanego we w óknach aktywnych [5-14]. Wspó czynnik jako ci wi zki laserowej Warto parametru M 2, klasycznie u ywanego do opisu jako ci wi zki laserowej w przypadku macierzy laserów pracuj cych wzajemnie koherentnie, jest proporcjonalna do liczby emiterów [5]. Wynika st d, e parametr M 2 nie opisuje jednoznacznie jako ci wi zki laserowej w obszarze dalekiego pola generowanego przez macierz laserów emituj cych promieniowanie wzajemnie koherentne. W pracy [5] zaproponowano nowy parametr - Beam Propagation Factor, opisuj cy ilo ciowo jako wi zki laserowej macierzy emiterów generuj cych promieniowanie zgodne w fazie. Zde niowany jest on jako stosunek mocy optycznej zawartej w centralnie po o onym piku do ca kowitej mocy optycznej wi zki w polu bliskim. Zaproponowany parametr zale y jedynie od wspó czynnika wype nienia macierzy emiterów, t, a nie od ich liczby. W celu opisu kompaktowo ci macierzy emiterów wprowadzono parametr t=(d-2r)/2r (r - promie rdzenia, d - odleg o od rodków rdzeni). Macierz emiterów u o onych bli- ej siebie charakteryzuje si mniejsz warto ci parametru t. W artykule analizie poddano wp yw parametrów materia- owych i geometrycznych aktywnego wiat owodu wielordzeniowego na wspó czynnik jako ci wi zki laserowej. Aktywny wiat owód 15-rdzeniowy w rezonatorze Talbota Jedn z mo liwo ci fazowania promieniowania generowanego w laserze w óknowym zbudowanym na bazie wiat owodu jest sprz ganie promieniowania z poszczególnych emiterów z wykorzystaniem efektu Talbota. Zjawisko Talbota polega na samoobrazowaniu periodycznej struktury wzd u kierunku o wietlenia. Obrazy powstaj w odleg o ci nazywanej odleg o ci Talbota, Z Ti, wyra onej zale no ci : 2 2d ZT = (1) λ gdzie: d okres przestrzenny, d ugo fali. Rys. 1. Schemat budowy lasera w óknowego z wykorzystaniem rezonatora Talbota. Fig. 1. Basic setup of the Talbot cavity. Rys. 1 prezentuje schemat ideowy rezonatora Talbota. W wiat owodzie aktywne rdzenie s rozmieszczone periodycznie na obwodzie okr gu w o rodku p aszcza prowadz cego promieniowanie pompy. Je eli promieniowanie generowane z rdzeni jest wzajemnie spójne oraz lustro rezonatora jest umieszczone w odleg o ci 0,5Z T obrazy powstaj ce w wyniku zjawiska samoobrazowania ulegaj odbiciu. W przypadku gdy promieniowanie z wielu emiterów nie jest wzajemnie koherentne rezonator wprowadza du e straty [7]. Obszerny opis efektów samoobrazowania, selekcji modów oraz mo liwo ci fazowania promieniowania za pomoc zjawiska Talbota prezentowano ostatnio w licznych pracach [7 10]. Wspó czynnik odbicia m, który implikuje amplitud pola odbitego od lustra rezonatora, jest funkcj dystansu propagacji z prop = 2z M oraz numeru supermodu zgodnie z równaniem: γ ( z ) = m prop A ( x, y,0) A ( x, y, z ) dxdy m m prop A ( x, y,0) dxdy m gdzie: A m (x,y,0) rozk ad amplitudy pola m-tego supermodu w odleg o ci 0, A m (x,y,zprop) rozk ad amplitudy pola m-tego supermodu w odleg o ci zprop, z prop droga wi zki laserowej od czo a wiat owodu do lustra rezonatora Talbota i z powrotem Supermody o numerach m i N-m maj takie same warto ci strat promieniowania. W wyniku zmian wspó czynnika γ m w a ciwo ci zjawiska samoobrazowania dla ró nych supermodów nie s identyczne [7]. Zjawisko to jest wykorzystywane w selekcji supermodów w laserze w óknowym zbudowanym na bazie wiat owodu wielordzeniowego umieszczonego w rezonatorze Talbota. Na Rys. 2 pokazano amplitudowy wspó czynnik odbicia γ m w funkcji numeru supermodu obliczony dla wytworzonego wiat owodu 15 rdzeniowego (Rys (2) MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 62, 1, (2010) 75

3 D. DOROSZ, M. KOCHANOWICZ, J. MOJDA, J. DOROSZ Rys. 2. Wspó czynnik odbicia dla wiat owodu 15 rdzeniowego, Z M =Z T /2. Fig. 2. Re ection coef cient for the 15-cores optical bre, Z M =Z T /2. Je eli wiat owód wielordzeniowy zostanie umieszczony w rezonatorze Talbota z lustrem w odleg o ci z M = Z T /2 to w wyniku zjawiska samoobrazowania oraz selekcji modów mo liwe jest uzyskanie efektu fazowania promieniowania w laserze w óknowych zbudowanym na bazie wytworzonego w ókna. Pozwala to na otrzymanie promieniowania laserowego o du ej mocy i dobrej jako ci wi zki (Rys. 3. Parametry wytworzonego wiat owodu 15-rdzeniowego przedstawia Tabela 1, natomiast zmierzone widmo luminescencji charakterystyczne dla jonów Nd 3+ widoczne jest na Rys. 4. Koncepcyjnie fazowanie promieniowania z u yciem samoobrazowania oraz selekcji modów jest relatywnie proste. Jednak e, uk ady tego typu s bardzo czu e na jakiekolwiek b dy zwi zane z geometri w ókna. Konieczne jest równie dok adne justowanie uk adu rezonatora. Uzyskany w wyniku przeprowadzonych symulacji obraz pola dalekiego sk ada si z piku o ma ej rozbie no ci supermodu (Rys. 3. Nale y jednak zauwa y, e cz energii w obszarze pola dalekiego zawarta jest w listkach bocznych. Obliczony wspó czynnik jako ci wi zki laserowej dla takiej konstrukcji wiat owodu kszta tuje si na poziomie 0,3 i jest odwrotnie proporcjonalny do warto ci cz stotliwo ci znormalizowanej (Rys. 5). Rys. 5. Zale no wspó czynnika wi zki laserowej od warto ci cz stotliwo ci znormalizowanej. Fig. 5. Laser beam quality factor vs. V-number. Rys. 3. Wytworzony wiat owów 15 rdzeniowym: przekrój poprzeczny, symulacja obrazu pola dalekiego przy selekcji modu in phase. Fig. 3. Manufactured 15-cores optical bre: cross section, calculated far eld (coherent combining). Tabela 1. W a ciwo ci wiat owodu 15 rdzeniowego. Table 1. Parameters of 15- cores optical bre. Parametr Warto rednica wiat owodu [ m] 350 rednica rdzeni [ m] 10 NA rdzeni 0,1 NA p aszcza 0,58 Koncentracja Nd 3+ [jony/cm 3 ] 2, Odleg o Talbota Z T [ m] 493 Aktywny wiat owód 7-rdzeniowy Now ide uzyskania wi zki o du ej mocy i ma ej rozbie no ci jest zrównanie faz promieniowania generowanego w poszczególnych rdzeniach poprzez jego cz ciow wymian w wyniku sprz enia mi dzy rdzeniami w uk adzie lasera w óknowego [9-13]. Sposób u o enia rdzeni analizowanego wiat owodu 7-rdzeniowego pokazano na Rys. 6. Zaproponowana geometria rdzeni umo liwia szybkie uzgodnienie fazy promieniowania generowanego w poszczególnych rdzeniach w wiat owodzie pracuj cym w uk adzie lasera w óknowego. Rdze umieszczony centralnie posiada sprz enie z pozosta ymi sze cioma. Za promieniowanie prowadzone w rdzeniach nr 2-7 sprz ga si z promieniowaniem z s siednich rdzeni oraz po o onym centralnie rdzeniem nr 1. Jednomodowe rdzenie umieszczone s we wspólnym p aszczu. Rozk ad przestrzenny emitowanego promieniowania laserowego dla ka dego rdzenia opisano funkcj Gaussa. 2 r Em( x, y, z = 0) = Am exp + iϕ 2 m (3) w0 gdzie: A m maksimum amplitudy pola w m-tym rdzeniu, r 2 = (x-mx d ) 2 +(y-ny d ) 2, wspó rz dne punktu w 02 - promie pola modu, ϕ m faza promieniowania generowanego w m-tym rdzeniu. Intensywno obrazu w polu dalekim jest proporcjonalna do u rednionego w czasie kwadratu amplitudy pola Uxyz (,, ) 2. W celu obliczenia obrazu pola dalekiego wykorzystano metod opart na dwuwymiarowej transformacie FFT. 76 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 62, 1, (2010)

4 NOWE RODZAJE WIAT OWODÓW AKTYWNYCH DLA LASERÓW W ÓKNOWYCH W obrazie pola dalekiego, przy za o eniu jednakowej fazy promieniowania w ka dym rdzeniu, intensywno centralnego piku jest znacz co wi ksza ni w przypadku emiterów pracuj cych niezale nie (Rys. 7). W idealnym przypadku, przy za o eniu ró nicy fazy promieniowania mi dzy poszczególnymi emiterami równej zero, intensywno g ównego piku wzrasta z kwadratem liczby emiterów. Jednak e w praktyce jest to bardzo trudne do osi gni cia. Przeprowadzone obliczenia wspó czynnika jako ci wi zki (Rys. 8) pokazuj, e z punktu widzenia parametrów geometrycznych i materia owych aktywnego wiat owodu wielordzeniowego, wi zk laserow o najlepszym wspó czynniku jako ci uzyskuje si przy mo liwie ma ej warto ci cz stotliwo ci znormalizowanej oraz ma ej odleg o ci mi dzy rdzeniami. Wówczas stosunek intensywno ci centralnego piku do ilo ci energii zawartej w listkach bocznych jest najwi kszy. Uwzgl dniaj c powy sze za o enia, oraz na podstawie przeprowadzonych analiz, okre lono parametry materia owe Rys. 6. wiat owów o 7. rdzeniach: uk ad rdzeni, obraz pola bliskiego. Fig core optical bre: arrangement of cores, near eld pattern. Rys. 8. Zale no wspó czynnika jako ci wi zki laserowej od: odleg o ci mi dzy rdzeniami, warto ci cz stotliwo ci znormalizowanej. Fig. 8. Laser beam quality factor as a function of: distance between cores, normalized frequency, V-number. Rys. 7. Obraz pola dalekiego wiat owodu 7 rdzeniowego: fazy losowe, fazy jednakowe; odleg o c mi dzy rdzeniami d = 18 m, cz stotliwo znormalizowana V = 2,4. Fig. 7. Far eld diffraction pattern of 7 core optical bre: random phases, equal phases; d = 18 m, normalized frequency V = 2,4. Rys. 9. Wytworzony wiat owód: przekrój poprzeczny, rozk ad luminancji czo a wiat owodu. Fig. 9. Fabricated optical bre: cross section, luminance distribution. MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 62, 1, (2010) 77

5 D. DOROSZ, M. KOCHANOWICZ, J. MOJDA, J. DOROSZ Rys. 10. Widmo luminescencji wytworzonego wiat owodu 7 rdzeniowego domieszkowanego Nd 3+ (λ p =808 nm). Fig. 10. Luminescence spectrum of 7-cores optical bre doped with Nd 3+ (λ p = 808 nm). Rys. 11. Zale no skoku spirali rdzenia od jego rednicy. Fig. 11. Core helix pitch vs. core diameter. Tabela 2. W a ciwo ci wytworzonego wiat owodu o 7. rdzeniach. Table 2. Parameters of 7-cores optical bre. Parametr Warto rednica wiat owodu [ m] 250 rednica rdzeni [ m] 10 NA rdzeni 0,07 NA p aszcza 0,58 i geometryczne aktywnego wiat owodu 7-rdzeniowego (Tabela 2), umo liwiaj cego budow lasera w óknowego [13]. Wytworzony wiat owód wielordzeniowy charakteryzuje si siln luminescencj (Rys. 10). Du a apertura numeryczna p aszcza wewn trznego umo liwia efektywne pompowanie. W wyniku pobudzania diod laserow AlGaAs, P max = 30W ( = 808 nm) najwi kszy poziom luminescencji otrzymano dla najbardziej efektywnego przej cia 4 F 3/2 4 I 11/2, w strukturze poziomów Nd 3+, co odpowiada emisji przy d ugo ci fali 1060 nm. Stwierdzono równie obecno charakterystycznych dla neodymu pasm przy d ugo ci fali 900 nm ( 4 F 3/2 4 I 9/2 ) oraz 1330 nm ( 4 F 3/2 4 I 13/2 ). Aktywny wiat owód o spiralnym rdzeniu W ci gu ostatnich kilku lat pojawi a si nowa koncepcja zwi kszenia obj to ci rdzenia w ókna aktywnego, prowadz cej do zwi kszenie energii zgromadzonej w rdzeniu, polegaj ca na wykonaniu cylindrycznego w ókna dwup aszczowego ze spiralnym rdzeniem [14-17]. G ównym celem przy doborze parametrów wiat owodu o spiralnym rdzeniu jest zapewnienie jego jednomodowej pracy przy mo liwie du ej rednicy rdzenia. Wzrost rednicy rdzenia zwi ksza obj to o rodka aktywnego, ale w celu uzyskania pracy jednomodowej nale y optymalnie dobra skok spirali, P, przesuni cie rdzenia, r 0, i apertur numeryczn, NA. Porównuj c aktywny wiat owód tego typu do klasycznej konstrukcji typu double-clad nale y zaznaczy, e w ókno o spiralnym rdzeniu charakteryzuje si wi kszym efektywnym wspó czynnikiem absorpcji promieniowania pompy. Fakt ten, umo liwia wi c zwi kszenie zdolno ci do gromadzenia energii przez o rodek czynny umo liwiaj c tym samym redukcj d ugo- ci w ókna niezb dnej do absorpcji promieniowania pompy. Rys. 11 i 12 prezentuj obliczone parametry geometryczne Rys. 12 Zale no skoku spirali rdzenia od offsetu rdzenia. Fig. 12. Core helix pitch vs. core offset. Rys. 13. wiat owód o spiralnym rdzeniu: widok przekroju, rozk ad luminancji czo a. Fig. 13. Helical core optical bre: cross-section, luminance distribution. 78 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 62, 1, (2010)

6 NOWE RODZAJE WIAT OWODÓW AKTYWNYCH DLA LASERÓW W ÓKNOWYCH i materia owe spiralnego rdzenia, dla których spe nione s warunki pracy jednomodowej. Wp yw apertury numerycznej rdzenia na propagacj jednomodow wydaje si oczywisty, bowiem wzrost NA wymaga wprowadzenia dodatkowych strat, a wi c zmniejszenia skoku spirali. Natomiast, zwi kszenie offsetu, r 0, jednocze- nie poci ga za sob konieczno wyd u enia skoku spirali, P. Taka sama relacja zachodzi pomi dzy rednic rdzenia, a skokiem spirali. Wraz ze wzrostem rednicy rdzenia, d, nale y kszta towa spiralny rdze o wi kszym skoku. wiat owód o spiralnym rdzeniu wytworzono poprzez obrót wcze- niej przygotowanej preformy w trakcie procesu formowania wiat owodu [17]. Parametry wytworzonego wiat owodu przedstawiono w Tabeli 3, a widok przekroju poprzecznego i rozk ad luminancji czo a na Rys. 13. W wyniku pompowania wytworzonego wiat owodu o spiralnym rdzeniu domieszkowanym jonami neodymu, promieniowaniem o d ugo ci = 808 nm, obserwuje si, podobnie jak w przypadku wiat owodu wielordzeniowego, pasma luminescencji odpowiadaj ce przej ciom optycznym w strukturze neodymu. Silna emisja przy d ugo ci fali 1060 nm wynika z przej cia 4 F 3/2 4 I 11/2. Generacja na tej d ugo ci fali odpowiada najbardziej efektywnemu czteropoziomowemu uk adowi kwantowemu. Tabela 3. Parametry wiat owodu o spiralnym rdzeniu. Table 3. Parameters of helical optical bre. Parametr Warto rednica wiat owodu [ m] 400 rednica rdzenia [ m] 40 NA rdzenia 0,127 off-set [ m] 130 Skok spirali [cm] 1,5 Rys. 14. Widmo luminescencji wytworzonego wiat owodu o spiralnym rdzeniu domieszkowanym Nd 3+. Fig. 14. Luminescence spectrum of helical core optical bre doped with Nd 3+. Podsumowanie Aktywne wiat owody typu double-clad o zwi kszonej ilo- ci centrów absorpcyjnych (jonów ziem rzadkich) otwieraj nowe mo liwo ci w konstruowaniu krótkich laserów w óknowych du ej mocy. W wytworzonych wiat owodach, wielordzeniowym i spiralnym, ilo jonów domieszki ziemi rzadkiej (zgromadzona energi jest znacz co wi ksza ni w klasycznym wiat owodzie. W przypadku aktywnych wiat owodów wielordzeniowych o rdzeniach generuj cych promieniowanie wzajemnie koherentne mo liwe jest skrócenie N krotne (N liczba rdzeni) w ókna niezb dnego do zaabsorbowania promieniowania pompy. Ponadto, przy spe nieniu warunku zgodno ci faz promieniowania generowanego w rdzeniach wiat owodu, w polu dalekim wi zki laserowej, uzyskuje si centralnie po o ony pik (supermod) o du ym nat eniu i ma- ej rozbie no ci. Przedstawiono w a ciwo ci fazowania promieniowania w wytworzonym wiat owodzie 15 rdzeniowym umieszczonym w rezonatorze Talbota. Przy selekcji supermodu in-phase obliczony wspó czynnik jako ci wi zki laserowej w polu dalekim dla V=2,4 wynosi 0,25. Oznacza to, e mimo ma ej rozbie no ci k towej centralnego piku (supermodu) wi kszo energii zawarta jest w listkach bocznych. Aktywny wiat owód 7 rdzeniowy o heksagonalnej geometrii rdzeni pracuj cy w uk adzie lasera w óknowego, generuj cego promieniowanie wzajemnie koherentne, umo liwia uzyskanie wi zki laserowej o bardzo dobrej jako ci. Dla V = 2,4 oraz d = 18 μm 73% energii w polu dalekim zawarte jest w centralnym piku (supermodzie). Jednak e, porównuj c wiat owód 7-rdzeniowy do konstrukcji 15 rdzeniowej o ko owym uk adzie rdzeni rozbie no wi zki jest kilkukrotnie wi ksza, a intensywno supermodu w obrazie dalekiego pola kilkukrotnie mniejsza. Przedstawione w pracy rozwi zanie dwup aszczowych wiat owodów aktywnych ze spiralnym rdzeniem umo liwia zwi kszenie jego rednicy, a tym samym ilo ci jonów domieszki ziemi rzadkiej, przy jednoczesnym zachowaniu jednomodowej propagacji. Mody wy szych rz dów s wypromieniowywane w czasie propagacji w spiralnym rdzeniu. Nale y te zauwa y, e przedstawiony wiat owód o spiralnym rdzeniu nie wymaga tak du ego obni enia warto ci apertury numerycznej rdzenia, jak ma to miejsce w przypadku w ókien LMA, nie pogarszaj c jako ci wi zki generowanego promieniowania. Ponadto, rdze uformowany w kszta cie spirali przyczynia si do zwi kszenia efektywnego wspó czynnika absorpcji pompy i umo liwia atwe odsprze enie generowanego promieniowania. Autorzy opanowali technologi wytwarzania obu typów wiat owodów aktywnych. Wytworzono kilka serii dwup aszczowych wiat owodów 7 rdzeniowych o heksagonalnym uk adzie rdzeni oraz ze spiralnym rdzeniem, domieszkowanych jonami neodymu. Mo liwe jest zastosowanie wytworzonych nowych konstrukcji wiat owodów do budowy krótkich laserów w óknowych du ej mocy, generuj cych promieniowanie na d ugo ci fali 1,06 μm. Podzi kowanie Praca zosta a wykonana w ramach prac Politechniki Bia- ostockiej W/WE/13/2006 i W/WE/1/2008. Literatura [1] Zaj c A., widerski J., P. Konieczny, G ga a S.: Lasery w óknowe du ej mocy analiza i wymogi konstrukcyjne, WAT [2] Kono Y., Takeoka M., Uto K., Uchida A., Kannari F.: A Coherent All-Solid-State Laser Array Using the Talbot Effect in a Three- Mirror Cavity, IEEE J. of Quantum Electronics, 36, 5, (2000), MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 62, 1, (2010) 79

7 D. DOROSZ, M. KOCHANOWICZ, J. MOJDA, J. DOROSZ [3] Li Y., Qian L., Lu D., Fan D., Wen S.: Coherent and incoherent combining of ber array with hexagonal ring distribution, Optics & Laser Technology, 39, (2007), [4] Napartovich A.P., Vysotsky D.V.: Phase locking of multicore bre laser due to Talbot self reproduction, J. Modern Optics, 50, 18, (2003), [5] Zhou P., Liu Z., Xu X., Chen Z., Wang X.: Beam quality factor for coherently combined ber laser beams, Optics & Laser Technology, 41, 3, (2009), [6] Serati. S., Masterson H., Linnenberger A.: Beam combining using a phased array of phased arrays (PAPA), Proc of IEEE Volume 3, 6-13 March 2004, [7] Wrage M., Glas P., Leitner M., Vysotsky D.V., Napartovich A.P: Phase locking and self imaging properties of a Talbot resonator applied to circular structures, Optics Communications, 191, (2001), [8] Dorosz D., Kochanowicz M.: Multicore optical bre doped with neodymium, Proc. of SPIE, Vol. 7120, (2008), 71200H H-5 [9] Kochanowicz M., Dorosz D., mojda J.: Coherent beam combining of active multicore optical ber, Proc of SPIE, Vol. 7502, (2009), [10] Kochanowicz M., Dorosz D., Zaj c A.: Generacja promieniowania wzajemnie koherentnego w aktywnym wiat owodzie wielordzeniowym, Elektronika Konstrukcje, Technologie, 10/2009, [11] Chen Z., Hou J., Zhou P., Jiang Z.: Mutual Injection-Locking and Coherent Combining of Two Individual Fiber Lasers, IEEE Journal of Quantum Electronics, 44, 6, (2008), [12] Chen Z., Hou J., Zhou P., Wang X., Xu X., Jiang Z., Liu Z.: Mutual injection locking and coherent combining of three individual ber lasers, Optics Communications, 282, 1, 2009, [13] Kochanowicz M., Dorosz D., mojda J., Dorosz J.: Analiza mo liwo ci generacji supermodu w aktywnym wiat owodzie o heksagonalnym uk adzie rdzeni, Krasnobród [14] Jiang Z., Marciante J.R.: Mode-Area Scaling of Helical-Core Dual-Clad Fiber Laser and Ampli ers Conference on Laser & Electro-Optics (CLEO) 2005, [15] Wang P., Cooper L.J., Williams R.B., Sahu J.K., Clarkson W.A.: Helical-core ytterbium-doped bre laser Electronics Letters, 40, 21, (2004), [16] Dorosz D., B aszczak U., Dorosz J., Zaj c A.: wiat owód o spiralnym rdzeniu, Elektronika, 11, (2008), [17] Wassmann F.: Radiation from pulses in helical bres, Optics Communications, 162, 4, (1999), MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 62, 1, (2010)