Диссертация (Оптическая интерферометрия кварцевого волоконного световода легированного редкоземельными ионами в условиях генерации лазерного излучения), страница 27

схему уровнейна рис. 1.3), м−3 – оптимальный радиус внешней полимерной оболочки волокна, при которой температурав сердцевине минимальна, мкмℎ – толщина полимерной оболочки волокна, мкм – периметр поперечного сечения волокна, мкм∆стац – стационарный прирост температуры волокна, Кстац – время разогрева волокна до стационарного состояния, с – коэффициент поглощения спонтанного излучения в полимерной оболочке волокна, м−10 – интенсивность излучения спонтанной люминесценции на границе кварцевой и полимер­ной оболочки активного циллиндрически-симметричного волокна, Вт/м−2 – спектральная плотность мощности излучения спонтанной люминесценции, Дж·c , – эффективные длина волны и частота излучения спонтанной люминесценции, нм,Гц , , – числа Нуссельта, Прандтля и Грасгофа, – кинематическая вязкость, м2 /с – коэффициент объёмного расширения, – эффективность разогрева, К/Вт± () и ± () – интенсивности вперёд и назад распространяющихся излучений накачки илазерного излучения, зависящие от радиуса, Вт/м−2148 , – время релаксации метастабильного уровня соответственно ионов иттербия и эрбия,c± и ± – мощности вперёд и назад распространяющихся излучений накачки и лазерногоизлучения, Dn , – нормированный профили моды сигнала и накачки в волокне, мкм−2 – коэффициент пассивных потерь в сердцевине волокна, м−1 , – коэффициенты отражения, соответственно, глухой и выходной брэгговских ре­шёток, - объёмная плотность скорости вынужденных переходов между лазерными уровнями ак­тивных ионов под воздействием излучения с частотой , м−3 ·c−1Θℎ – параметр температурной зависимости коэффициента теплообмена, К – интенсивность насыщения, Вт/м−2∆ – разность температур сердцевины и кварцевой оболочки волокна, К и – концентрации ионов иттербия и эрбия в активной среде м−3 ,* — длина волны в максимуме спектра сечений люминесценции ионов Er3+ , нм149Список сокращенийКПД – коэффициент полезного действия,ПП – показатель преломления,ИПП – изменение показателя преломления,ППП – профиль показателя преломления,АЭ – активный элемент,РЗ – редкоземельный,ИК – инфракрасный,УФ – ультрафиолетовый,БПВ – безызлучательный перенос возбуждения,МУТ – миграционно-ускоренное тушения,ВКР – вынужденное комбинационное рассеяние,ВОЛС – волоконно-оптические линии связи,АЦП – аналого-цифровой преобразователь,ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь,ЭВМ – электронно-вычислительная машина,ОС – операционная система,ОЗУ – оперативное запоминающее устройство,YAG (Yttrium-Aluminium Garnet) – иттрий-алюминиевый гранат,MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) – модифицированное осаждение из газовой фа­зы,DWDM (Dense Wevelength Division Multiplexing) – плотное спектральное уплотнение,EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) – эрбиевый волоконный усилитель,NA (Numerical Aperture) – числовая апертура,MOPFA (Master Oscillator - Power Fiber Amplifier) – задающий генератор - мощный волокон­ный усилительFBG HR (High Reflection Fiber Bragg Grating) – волоконная брэгговска решётка с высокимкоэффициентом отражения ("глухая"),FBG OC (Output Coupler Fiber Bragg Grating) – выходная волоконная брэгговская решётка,MFD (Mode Field Diameter) – модовый диаметр,DFB (Distributed Feedback) – распределённая обратная связь,150LD (Laser Diode) – лазерный диод,PD (Photodiode) – фотодиод,WDM (Wavelength division multiplexer) – спектральный мультиплексор,USB (Universal Serial Bus) – универсальная последовательная шина,FIFO (First-in-First-out) – "Первым вошёл – первым вышел.̈151Список иллюстраций1.1Октаэдральнай комплекс, сконструированный из тетраэдральных структурныхединиц ионов-стеклообразователя .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.2Порядки энергий расщепления 4f-электронных состояний активных РЗ ионов для различныхтипов взаимодействий1.3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17Энергетическая диаграмма электронных уровней ионов Yb3+ и Er3+ в кварце­вом стекле .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.41618Спектры сечений поглощения и люминесценции для (а) ионов Yb3+ в фосфоросиликатныхсветоводах[36] и (б) ионов Er3+ в алюмосиликатных световодах.. . . . . . . . . . . .

. .19. . . . .221.5Схема энергетических уровней для описания переноса электронного возбуждения1.6Кинетика переноса возбуждения между одинаковыми двухуровневыми атомами (зависи­мость населённости возбуждённого состояния донора от времени) в случае 2 ∼ (а) и2 ≪ (б). .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .291.7Простейшая блок-схема волоконного лазера.1.8Блок-схема волоконного лазера с накачкой в оболочку.. . . . . . . . . . . . . . . . . .301.9Рост выходной мощности одномодовых волоконных лазеров . . . .

. . . . . . .311.10 Геометрия и профиль показателя преломления волокна с двойной оболочкой .321.11 Типичная схема мощного волоконного лазера-усилителя по схеме MOPFA. . . . . . . .33. . . . . . . . . . . . . . . . . . .341.12 Конструкция активного волокна с боковой накачкой1.13 Поперечное сечение простейшей тепловой модели активного элемента цилиндрической гео­. .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .392.1Оптическая схема простого волоконного лазера . . . . . . . . . . . . . . . . . .582.2Оптическая часть блок-схемы экспериментальной установки c волоконным ин­метриитерферометром Маха-Цандера . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .592.3Гомодинный интерферометр для контроля спектра зондирующего излучения .602.4Схема фильтрации зондирующего излучения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .602.5Методика эксперимента по измерению температуры в сердцевине волокна . .612.6К описанию алгоритма обработки данных. .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .632.7Диалоговое окно программы по управлению измерениями. . . . . . . . . . . . . . . .652.8Схема калибровочных измерений. Цифрами указаны контакты к электрической схеме мо­стика Уитстона. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152672.9Мостик Уитстона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .672.10 Зависимость разности фаз от температуры для пассивного и иттербиевого активных волоконв калибровочных экспериментах.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . .682.11 Геометрия двойного волокна. Поперечное сечение активного и пассивного во­локон, находящихся в оптическом контакте . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .692.12 Схема экспериментальной установки c волоконным интерферометром Майкель­сона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .702.13 Фигура Лиссажу для измеряемых квадратурных компонент интерференционного сигнала .712.14 Конструкция фазового модулятора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .723.1Поперечное сечение цилиндрически-симметричного активного волокна для стационарнойтепловой задачи. . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75.773.2Неявная трёхточечная схема для решения нестационарного уравнения теплопроводности3.3Зависимость температуры с сердцевине и оболочке волокна от времени и рас­пределения температуры внутри волокна в различные моменты времени . . .78. . . . . . . .

. . .79. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .813.4Сравнение асимптотических режимов разогрева активного волокна.3.5Волоконный блок, залитый полимером3.6Активное волокно, свёрнутое в кольцо внутри термостата. . . . . . . . . . . . . . . . .813.7Стационарный разогрев иттербиевого волоконного лазера . . .

. . . . . . . . .823.8Зависимость среднего по длине волокна прироста температуры от мощности накачки в экс­перименте с Yb3+ /Er3+ волокном. Вертикальной чертой обозначен порог лазерной генерации3.983Геометрические параметры поперечного сечения световода в коаксиальной мо­дели . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .853.10 Отношение температур в сердцевине волокна для трёхслойной и четырёхслойной геометрийпри различных радиусах внешней оболочки в зависимости от эффективной длины поглощения3.11 Спектры пропускания образцов различных волоконных полимеров толщиной 1 см [130] . .85863.12 Размен квантов для спонтанной люминесценции () и вынужденной на длине волны 1064 нм(∙) в зависимости от длины волны накачки.

Штрих-пунктирный график (N, правая шкала)- зависимость отношения этих величин.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .873.13 Зависимость измеряемого сигнала разности фаз от времени в эксперименте с Yb3+ /Er3+волокном. На вставке изображён отложенный от начала координат участок кривой (указан. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .883.14 Разогрев пассивного двойного волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91стрелкой)1533.15 Разогрев активного двойного волокна . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .923.16 Модель волоконного лазера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .933.17 Измеренные спектры сечений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .973.18 Зависимость среднего по длине волокна прироста температуры от мощности накачки . . .983.19 Зависимость температуры разогрева (а) и мощностей излучений накачки и сигнала (б) отпродольной координаты. . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .993.20 Зависимость дифференциальной эффективности лазера (а) и эффективности разогрева засчёт различных механизмов (б) от коэффициента пассивных потерь. Вертикальной линиейотмечена величина нерезонансных потерь для исследуемого волокна.