RU2564519C2

RU2564519C2 - Passively mode-locked fibre pulsed ring laser (versions)

Info

Publication number: RU2564519C2
Application number: RU2014100855/28A
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Кобцев; Сергей Владимирович Кукарин; Сергей Александрович Хрипунов; Даба Александрович Раднатаров
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Техноскан-Лаб"
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2015-10-10
Also published as: RU2014100855A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: passively mode-locked fibre pulsed ring laser comprises optically coupled pumping radiation source, fibre ring resonator having an amplifying fibre, a fibre spectral information module, a polarisation-dependent splitter, a polarisation-dependent insulator, first and second fibre ends which do not reflect laser radiation back to the fibre. First and second collimators are placed between the fibre ends. All fibre elements of the resonator support radiation polarisation. Between the collimators there are two radiation focusing optical elements, between which, at the laser radiation beam waist, there is an optical element with Kerr-type nonlinearity, having thickness greater than 0.5 mm with laser radiation transmitting surfaces, having an angle of inclination to the laser resonator axis of not less than 1 degree.

EFFECT: enabling generation of short-pulse radiation with a low noise level in a wide spectral range.

34 cl, 5 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к лазерам - приборам для генерации когерентных электромагнитных волн и промышленно применимо в устройствах и системах, использующих лазерное излучение.The present invention relates to lasers - devices for the generation of coherent electromagnetic waves and is industrially applicable in devices and systems using laser radiation.

Из существующего уровня техники известен волоконный импульсный кольцевой лазер с пассивной синхронизацией мод излучения (заявка на патент США 20090003391 A1, Low-repetition-rate ring-cavity passively mode-locked fiber laser), в котором функции устройства синхронизации мод излучения выполняет насыщающийся поглотитель на основе углеродных нанотрубок или полупроводниковый насыщающийся поглотитель. Основным недостатком насыщающих поглотителей, в том числе на основе углеродных нанотрубок, является их подверженность деградации при работе в условиях высокой плотности мощности падающего лазерного излучения, требуемой для достижения насыщения поглощения. В связи с этим характерный срок работы насыщающихся поглотителей составляет от нескольких сот до нескольких тысяч часов. Кроме того, приготовление однородной матрицы с углеродными нанотрубками и нанесение ее на зеркало лазера или изготовление полупроводникового насыщающегося поглотителя является сложным технологическим процессом, не всегда реализуемым даже в лабораторных условиях.A fiber pulsed ring laser with passive mode locking (US Patent Application 20090003391 A1, Low-repetition-rate ring-cavity passively mode-locked fiber laser) is known in the art, in which a saturable absorber based carbon nanotubes or a semiconductor saturable absorber. The main disadvantage of saturating absorbers, including those based on carbon nanotubes, is their susceptibility to degradation when operating under conditions of high power density of the incident laser radiation required to achieve absorption saturation. In this regard, the typical life of saturable absorbers ranges from several hundred to several thousand hours. In addition, the preparation of a homogeneous matrix with carbon nanotubes and its deposition on a laser mirror or the manufacture of a semiconductor saturable absorber is a complex technological process, which is not always possible even in laboratory conditions.

Известен также дисковый лазер с синхронизацией мод излучения с помощью керровской линзы в оптическом элементе, расположенном в резонаторе лазера в перетяжке пучка лазерного излучения (WO 2013050054 A1, Laser device with kerr effect based mode-locking and operation thereof). Недостатком этого решения является то, что оно предусмотрено только для лазеров с дисковой активной средой и не предусматривает использование предложенного устройства синхронизации мод излучения в волоконном лазере. Кроме того, линейная схема резонатора лазера требует концевых зеркал резонатора, которые могут ограничивать спектр излучения лазера и не позволять генерировать наиболее короткие по длительности импульсы. Кроме того, в линейном резонаторе лазера присутствует эффект "пространственного выгорания провалов" в усиливающей среде лазера, который приводит к наличию в спектре генерации лазера слабо конкурирующих спектральных компонентов, взаимодействие которых друг с другом обуславливает повышенный уровень шумов интенсивности излучения лазера.Also known is a disk laser with synchronization of radiation modes using a Kerr lens in an optical element located in the laser cavity in the constriction of a laser beam (WO 2013050054 A1, Laser device with kerr effect based mode-locking and operation this). The disadvantage of this solution is that it is provided only for lasers with a disk active medium and does not provide for the use of the proposed radiation mode synchronization device in a fiber laser. In addition, the linear circuit of the laser resonator requires end mirrors of the resonator, which can limit the laser radiation spectrum and prevent the generation of the shortest pulses in duration. In addition, in the linear laser resonator there is the effect of “spatial burnout of dips” in the amplifying medium of the laser, which leads to the presence in the laser generation spectrum of weakly competing spectral components, the interaction of which with each other causes an increased level of noise of laser radiation intensity.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является волоконный импульсный кольцевой лазер с пассивной синхронизацией мод излучения за счет эффекта нелинейной эволюции поляризации излучения в волокне резонатора, не поддерживающего поляризацию излучения (заявка на патент США 2010/0220751 A1, All-normal-dispersion femtosecond fiber laser). У этого решения имеется несколько недостатков. Во-первых, запуск режима синхронизации мод излучения производится в нем настройкой трех фазовых пластин (две четвертьволновых фазовых пластины и одна полуволновая) и имеются алгоритмические проблемы с одновременной настройкой всех трех этих пластин: как правило, настройка этих пластин носит случайный характер до появления в какой-то момент режима синхронизации мод излучения. Во-вторых, в волоконном лазере с пассивной синхронизацией мод излучения за счет эффекта нелинейной эволюции поляризации излучения возможна реализация различных режимов синхронизации мод излучения (S. Smirnov et al. Three key regimes of single pulse generation per round trip of all-normal-dispersion fiber lasers mode-locked with nonlinear polarization rotation. Optics Express, Vol. 20, Issue 24, pp. 27447-27453 (2012)), для характеризации полученного режима и определения параметров импульсов необходимо использовать специальную измерительную аппаратуру после каждой процедуры настройки фазовых пластин для запуска режима синхронизации мод излучения. В-третьих, волоконные лазеры с пассивной синхронизацией мод излучения за счет эффекта нелинейной эволюции поляризации излучения имеют относительно высокую чувствительность к температуре окружающей среды и при изменении температуры среды, окружающей волокно, на несколько градусов требуют новой процедуры настройки фазовых пластин для запуска режима синхронизации мод излучения.Closest to the claimed technical solution is a fiber pulsed ring laser with passive synchronization of radiation modes due to the effect of nonlinear evolution of radiation polarization in a resonator fiber that does not support radiation polarization (US Patent Application 2010/0220751 A1, All-normal-dispersion femtosecond fiber laser) . This solution has several drawbacks. Firstly, the radiation mode synchronization mode is started in it by tuning three phase plates (two quarter-wave phase plates and one half-wave) and there are algorithmic problems with the simultaneous tuning of all three of these plates: as a rule, the tuning of these plates is random until is the moment of radiation mode synchronization mode. Secondly, in a fiber laser with passive synchronization of radiation modes due to the effect of nonlinear evolution of polarization of radiation, various modes of synchronization of radiation modes can be realized (S. Smirnov et al. Three key modes of single pulse generation per round trip of all-normal-dispersion fiber lasers mode-locked with nonlinear polarization rotation. Optics Express, Vol. 20, Issue 24, pp. 27447-27453 (2012)), to characterize the obtained mode and determine the parameters of the pulses, it is necessary to use special measuring equipment after each procedure for setting the phase plates to run sync mode and radiation mode. Thirdly, fiber lasers with passive synchronization of radiation modes due to the effect of nonlinear evolution of polarization of radiation have a relatively high sensitivity to the ambient temperature and, when the temperature of the medium surrounding the fiber changes by several degrees, they require a new procedure for tuning phase plates to start the radiation mode synchronization mode .

Задачей, на решение которой направлены заявляемые изобретения, является создание волоконного импульсного кольцевого лазера с пассивным синхронизатором мод излучения, не требующим применения сложных дорогостоящих технологий и материалов для его изготовления, имеющего неограниченный срок службы и относительно малый уровень шумов интенсивности излучения лазера, при этом в лазере не ограничивается спектр излучения для обеспечения генерации наиболее коротких по длительности импульсов и имеется возможность спектральной перестройки линии излучения в широком спектральном диапазоне.The task to which the claimed inventions are directed is to create a fiber pulsed ring laser with a passive radiation mode synchronizer that does not require the use of complex expensive technologies and materials for its manufacture, which has an unlimited service life and a relatively low noise level of laser radiation intensity, while in the laser the emission spectrum is not limited to ensure generation of the shortest pulses in duration and there is the possibility of spectral tuning uu radiation in a wide spectral range.

Данная задача решается за счет того, что в известном волоконном импульсном кольцевом лазере с пассивной синхронизацией мод излучения, содержащем оптически связанные источник излучения накачки, волоконный кольцевой резонатор, содержащий усиливающее волокно, минимум один волоконный модуль спектрального сведения для введения излучения накачки в усиливающее волокно, минимум один поляризационно-зависимый ответвитель для вывода излучения из резонатора, поляризационно-зависимый изолятор излучения для обеспечения однонаправленной генерации, первый и второй торцы волокна, не отражающие излучение лазера назад в волокно, расположенные между первым и вторым торцами волокна первый и второй коллиматоры, согласно изобретению все волоконные элементы резонатора являются поддерживающими поляризацию излучения, между первым и вторым коллиматорами расположены два фокусирующих излучение оптических элемента, между которыми в перетяжке пучка лазерного излучения расположен оптический элемент с керровской нелинейностью и толщиной более 0,5 мм с проходными для излучения лазера поверхностями, имеющими угол наклона к оси резонатора лазера не менее одного градуса.This problem is solved due to the fact that in the known fiber pulsed ring laser with passive synchronization of radiation modes, containing an optically coupled pump radiation source, a fiber ring resonator containing an amplifying fiber, at least one fiber spectral information module for introducing pump radiation into the amplifying fiber, at least one polarization-dependent coupler for outputting radiation from the resonator, a polarization-dependent radiation isolator to provide a unidirectional generator tion, the first and second ends of the fiber, not reflecting the laser radiation back into the fiber, located between the first and second ends of the fiber, the first and second collimators, according to the invention, all fiber elements of the resonator support polarization of radiation, between the first and second collimators there are two focusing radiation optical elements between which an optical element with a Kerr nonlinearity and a thickness of more than 0.5 mm with pass-throughs for laser radiation is located in the waist of the laser beam features having an angle of inclination to the axis of the laser cavity of at least one degree.

В частности, проходные для излучения лазера поверхности коллиматоров и фокусирующих излучение оптических элементов могут иметь просветляющее покрытие.In particular, the surfaces of the collimators and optical elements focusing the radiation, which are passable for laser radiation, can have an antireflection coating.

В частности, проходные для излучения лазера поверхности оптического элемента с керровской нелинейностью могут иметь просветляющее покрытие.In particular, the surfaces of an optical element with Kerr nonlinearity that are passable for laser radiation can have an antireflection coating.

В частности, проходные для излучения лазера поверхности оптического элемента с керровской нелинейностью могут являться брюстеровскими.In particular, the surfaces of an optical element with Kerr nonlinearity, which are passable for laser radiation, can be Brewster.

В частности, в коллимированном пучке излучения между коллиматором и фокусирующим излучение оптическим элементом может быть расположен поляризатор с проходными для излучения лазера поверхностями, имеющими угол наклона к оси резонатора лазера не менее одного градуса.In particular, in a collimated radiation beam between the collimator and the focusing radiation optical element, a polarizer can be located with passable surfaces for laser radiation having an angle of inclination to the laser cavity axis of at least one degree.

В частности, проходные для излучения лазера поверхности поляризатора могут иметь просветляющее покрытие.In particular, passages for laser radiation of the surface of the polarizer may have an antireflection coating.

В частности, в качестве усиливающего волокна может применяться как стеклянное оптическое волокно, так и стеклянное оптическое волокно, допированное редкоземельными элементами или легированное оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi.In particular, both glass optical fiber and glass optical fiber doped with rare-earth elements or alloyed with oxides of germanium, phosphorus, as well as their combination can be used as a reinforcing fiber, while the compound of the chemical element Si, N, Ga can be included in the oxide matrix , Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Ta, Zr, Bi.

В частности, источником излучения накачки волоконного лазера может являться рамановский лазер при использовании в качестве усиливающего волокна стекловолокна, легированного оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi, при этом резонатор рамановского лазера может быть образован двумя волоконными брэгговскими решетками, имеющими перпендикулярные лучу или наклонные штрихи и являющимися отражающими для излучения первой стоксовой компоненты рамановского лазера.In particular, a Raman laser can be used as a source of pump radiation from a fiber laser when fiberglass doped with germanium, phosphorus, and a combination of them is used as an amplifying fiber, while the compound of the chemical element Si, N, Ga, Al, Fe can enter the oxide matrix , F, Ti, B, Sn, Ba, Ta, Zr, Bi, and the Raman laser cavity can be formed by two fiber Bragg gratings having perpendicular to the beam or inclined strokes and reflecting the radiation of the first Stokes components of the Raman laser.

В частности, резонатор рамановского лазера может быть образован четырьмя волоконными брэгговскими решетками, имеющими перпендикулярные лучу или наклонные штрихи, две из которых являются отражающими для излучения первой стоксовой компоненты рамановского лазера, а две другие являются отражающими для излучения второй стоксовой компоненты рамановского лазера.In particular, the Raman laser resonator can be formed by four fiber Bragg gratings having perpendicular to the beam or inclined lines, two of which are reflective for the radiation of the first Stokes component of the Raman laser, and the other two are reflective for the radiation of the second Stokes component of the Raman laser.

Данная задача решается за счет того, что в известном волоконном импульсном кольцевом лазере с пассивной синхронизацией мод излучения, содержащем оптически связанные источник излучения накачки, волоконный кольцевой резонатор, содержащий усиливающее волокно, минимум один волоконный модуль спектрального сведения для введения излучения накачки в усиливающее волокно, минимум один поляризационно-зависимый ответвитель для вывода излучения из резонатора, поляризационно-зависимый изолятор излучения для обеспечения однонаправленной генерации, первый и второй торцы волокна, не отражающие излучение лазера назад в волокно, расположенные между первым и вторым торцами волокна первый и второй коллиматоры, согласно изобретению все волоконные элементы резонатора являются поддерживающими поляризацию излучения, между первым и вторым коллиматорами расположены два фокусирующих излучение оптических элемента, между которыми в перетяжке пучка лазерного излучения расположен оптический элемент с керровской нелинейностью и толщиной более 0,5 мм с проходными для излучения лазера поверхностями, имеющими угол наклона к оси резонатора лазера не менее одного градуса, между вторым торцом волокна и усиливающим волокном расположен трехпортовый циркулятор, соединяющий резонатор лазера со спектрально-селективным отражающим элементом.This problem is solved due to the fact that in the known fiber pulsed ring laser with passive synchronization of radiation modes, containing an optically coupled pump radiation source, a fiber ring resonator containing an amplifying fiber, at least one fiber spectral information module for introducing pump radiation into the amplifying fiber, at least one polarization-dependent coupler for outputting radiation from the resonator, a polarization-dependent radiation isolator to provide a unidirectional generator tion, the first and second ends of the fiber, not reflecting the laser radiation back into the fiber, located between the first and second ends of the fiber, the first and second collimators, according to the invention, all fiber elements of the resonator support polarization of radiation, between the first and second collimators there are two focusing radiation optical elements between which an optical element with a Kerr nonlinearity and a thickness of more than 0.5 mm with pass-throughs for laser radiation is located in the waist of the laser beam By means of features having an angle of inclination to the axis of the laser resonator of at least one degree, a three-port circulator is located between the second end of the fiber and the amplifying fiber, connecting the laser resonator with a spectrally selective reflective element.

В частности, спектрально-селективным отражающим элементом может являться волоконная брэгговская решетка.In particular, the spectrally selective reflective element may be a fiber Bragg grating.

В частности, спектрально-селективным отражающим элементом может являться объемный элемент, связанный с резонатором лазера через третий коллиматор и третий торец волокна, являющийся торцом волокна двунаправленного порта трехпортового циркулятора и не отражающий излучение лазера назад в волокно.In particular, a spectrally selective reflective element can be a volume element connected to the laser cavity through the third collimator and the third fiber end, which is the fiber end of the bi-directional port of the three-port circulator and does not reflect the laser radiation back into the fiber.

В частности, спектрально-селективным отражающим элементом может являться объемная дифракционная решетка.In particular, a spectrally selective reflective element may be a bulk diffraction grating.

В частности, спектрально-селективным отражающим элементом может являться зеркало с заданной спектральной полосой отражения.In particular, the spectrally selective reflective element may be a mirror with a given spectral reflection band.

В частности, спектрально-селективным отражающим элементом может являться призма в сочетании с отражающим зеркалом или призма Литтрова с отражающим покрытием на поверхности, на которую нормально падает пучок лазерного излучения после преломления на входной брюстеровской поверхности призмы.In particular, the spectrally selective reflective element may be a prism in combination with a reflecting mirror or a Littrov prism with a reflective coating on the surface onto which the laser beam normally falls after refraction on the input Brewster surface of the prism.

Данная задача решается за счет того, что в известном волоконном импульсном кольцевом лазере с пассивной синхронизацией мод излучения, содержащем оптически связанные источник излучения накачки, волоконный кольцевой резонатор, содержащий усиливающее волокно, минимум один волоконный модуль спектрального сведения для введения излучения накачки в усиливающее волокно, минимум один поляризационно-зависимый ответвитель для вывода излучения из резонатора, поляризационно-зависимый изолятор излучения для обеспечения однонаправленной генерации, первый и второй торцы волокна, не отражающие излучение лазера назад в волокно, расположенные между первым и вторым торцами волокна первый и второй коллиматоры, согласно изобретению все волоконные элементы резонатора являются поддерживающими поляризацию излучения, между первым и вторым коллиматорами расположены два фокусирующих излучение оптических элемента, между которыми в перетяжке пучка лазерного излучения расположен оптический элемент с керровской нелинейностью и толщиной более 0,5 мм с проходными для излучения лазера поверхностями, имеющими угол наклона к оси резонатора лазера не менее одного градуса, между вторым торцом волокна и усиливающим волокном расположен волоконный спектрально-селективный элемент.This problem is solved due to the fact that in the known fiber pulsed ring laser with passive synchronization of radiation modes, containing an optically coupled pump radiation source, a fiber ring resonator containing an amplifying fiber, at least one fiber spectral information module for introducing pump radiation into the amplifying fiber, at least one polarization-dependent coupler for outputting radiation from the resonator, a polarization-dependent radiation isolator to provide a unidirectional generator tion, the first and second ends of the fiber, not reflecting the laser radiation back into the fiber, located between the first and second ends of the fiber, the first and second collimators, according to the invention, all fiber elements of the resonator support polarization of radiation, between the first and second collimators there are two focusing radiation optical elements between which an optical element with a Kerr nonlinearity and a thickness of more than 0.5 mm with pass-throughs for laser radiation is located in the waist of the laser beam By means of features having an angle of inclination to the axis of the laser resonator of at least one degree, between the second end of the fiber and the amplifying fiber there is a fiber spectrally selective element.

В частности, волоконным спектрально-селективным элементом может являться волоконный интерферометр Фабри-Перо или волоконный интерферометр Маха-Цендера.In particular, the fiber spectral selective element may be a Fabry-Perot fiber interferometer or a Mach-Zehnder fiber interferometer.

В частности, волоконным спектрально-селективным элементом может являться волоконный двулучепреломляющий спектральный фильтр.In particular, the fiber spectrally selective element may be a fiber birefringent spectral filter.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является обеспечение возможности достижения предельно малой длительности импульсов выходного излучения волоконного лазера с возможностью перестройки спектра излучения при относительно малом уровне шумов интенсивности излучения лазера и обеспечение стабильности полученных параметров излучения в течение неограниченного времени. Возможность достижения предельно малой длительности импульсов выходного излучения обеспечивается как "беззеркальной" конструкцией резонатора лазера (кольцевая конфигурация), не ограничивающей спектр излучения для генерации предельно коротких по длительности импульсов, так и за счет реализации режима синхронизации мод излучения с использованием эффекта Керра (квадратичный электрооптический эффект), обеспечивающего относительно быстрый нелинейный отклик среды с характерным временем отклика порядка 10^-14-10^-15 с. Эффект Керра приводит к изменению значения показателя преломления оптического материала пропорционально квадрату напряженности приложенного электрического поля, что в случае осесимметричного гауссового пучка излучения или подобного, имеющего поперечное распределение интенсивности излучения, "спадающее" к краям пучка, приводит к образованию в среде наведенной так называемой "керровской линзы" - распределению значения показателя преломления, действующему на пучок проходящего излучения как линза. Для большинства оптических материалов, обладающих керровской нелинейностью (кварц, поликомпонентные стекла класса ТФ, сапфир, кальцит и другие), эта линза является положительной. Формирование быстрой керровской линзы в резонаторе лазера позволяет создать конфигурацию резонатора, при которой высокоинтенсивной импульс лазерного излучения имеет малые оптические потери, а длинный импульс или непрерывное излучение имеют большие оптические потери. Совместное действие керровской линзы в оптическом элементе с керровской нелинейностью и пространственной фильтрации моды (при вводе излучения в волокно), соответствующей излучению импульсов с наибольшей пиковой мощностью, приводит к селекции режима генерации коротких импульсов излучения с высокой пиковой мощностью.The technical result provided by the given set of features is the possibility of achieving an extremely short pulse duration of the output radiation of the fiber laser with the possibility of tuning the emission spectrum with a relatively low noise level of the laser radiation intensity and ensuring the stability of the obtained radiation parameters for unlimited time. The possibility of achieving an extremely short duration of output radiation pulses is provided by both the “mirrorless” design of the laser resonator (ring configuration), which does not limit the radiation spectrum for generating extremely short pulses, and by implementing the radiation mode synchronization mode using the Kerr effect (quadratic electro-optical effect ), providing relatively fast nonlinear response of the medium with a characteristic response time of the order of 10 ^-14 -10 ^-15 s. The Kerr effect leads to a change in the refractive index of the optical material in proportion to the square of the applied electric field, which, in the case of an axisymmetric Gaussian beam of radiation or the like, having a transverse distribution of radiation intensity, "falling down" to the edges of the beam, leads to the formation of the so-called Kerr lenses "- the distribution of the value of the refractive index acting on the beam of transmitted radiation as a lens. For most optical materials with Kerr nonlinearity (quartz, multicomponent glass of the TF class, sapphire, calcite and others), this lens is positive. The formation of a fast Kerr lens in the laser cavity allows you to create a resonator configuration in which a high-intensity laser pulse has low optical loss, and a long pulse or continuous radiation has large optical loss. The combined action of the Kerr lens in an optical element with Kerr nonlinearity and spatial mode filtering (when radiation is introduced into the fiber), corresponding to the emission of pulses with the highest peak power, leads to the selection of the generation mode of short radiation pulses with high peak power.

Необходимо отметить, что ни одно отдельно взятое устройство не дает такого эффекта, какой дает совокупность заявленных признаков. До подачи данной заявки было неочевидно, что совокупность заявленных признаков позволит решить задачу создания волоконного импульсного кольцевого лазера с пассивным синхронизатором мод излучения, не требующим применения сложных дорогостоящих технологий и материалов для его изготовления, имеющего неограниченный срок службы и относительно малый уровень шумов интенсивности излучения лазера, при этом в лазере не ограничивается спектр излучения для обеспечения генерации наиболее коротких по длительности импульсов и имеется возможность спектральной перестройки линии излучения в широком спектральном диапазоне.It should be noted that no single device taken gives the effect that gives a combination of the claimed features. Prior to filing this application, it was not obvious that the combination of the claimed features would solve the problem of creating a fiber pulsed ring laser with a passive radiation mode synchronizer that does not require the use of complex expensive technologies and materials for its manufacture, which has an unlimited service life and a relatively low noise level of laser radiation intensity, in this case, the laser spectrum is not limited to provide the generation of the shortest pulse durations and there is the possibility l spectral tuning of the emission line in a wide spectral range.

Сущность изобретения поясняется следующими схемами. На фиг. 1 представлена схема волоконного импульсного кольцевого лазера с пассивной синхронизацией мод излучения: 1 - источник излучения накачки, 2 - усиливающее волокно, 3 - волоконный модуль спектрального сведения для введения излучения накачки в резонатор, 4 - поляризационно-зависимый ответвитель для вывода излучения из резонатора, 5 - волокно для вывода выходного излучения, 6 - поляризационно-зависимый изолятор излучения для обеспечения однонаправленной генерации, 7 - первый торец волокна, 8 - первый коллиматор, 9 - первый фокусирующий излучение оптический элемент, 10 - оптический элемент с керровской нелинейностью, 11 - второй фокусирующий излучение оптический элемент, 12 - второй коллиматор, 13 - второй торец волокна, 14 - проходные для излучения лазера поверхности оптического элемента с керровской нелинейностью, имеющие угол наклона к оси резонатора лазера не менее одного градуса.The invention is illustrated by the following schemes. In FIG. 1 shows a diagram of a fiber pulsed ring laser with passive synchronization of radiation modes: 1 — a pump radiation source, 2 — an amplifying fiber, 3 — a spectral information fiber module for introducing pump radiation into the resonator, 4 — a polarization-dependent coupler for outputting radiation from the resonator, 5 - fiber for output radiation output, 6 - polarization-dependent radiation insulator for unidirectional generation, 7 - first fiber end, 8 - first collimator, 9 - first optical focusing radiation optical element, 10 — an optical element with Kerr nonlinearity, 11 — a second radiation focusing optical element, 12 — a second collimator, 13 — a second fiber end, 14 — passages for laser radiation of the surface of an optical element with a Kerr nonlinearity, having an angle of inclination to the axis of the laser resonator not less than one degree.

На фиг. 2 представлена схема волоконного импульсного кольцевого лазера с пассивной синхронизацией мод излучения, в котором источником излучения накачки волоконного лазера является рамановский лазер, при этом резонатор рамановского лазера образован двумя волоконными брэгговскими решетками 17, имеющими перпендикулярные лучу или наклонные штрихи и отражающими излучение первой стоксовой компоненты рамановского лазера.In FIG. Figure 2 shows a diagram of a fiber pulsed ring laser with passive mode-locking, in which the Raman laser is the source of pump radiation from the fiber laser, and the Raman laser cavity is formed by two fiber Bragg gratings 17 having perpendicular to the beam or inclined lines and reflecting the radiation of the first Stokes component of the Raman laser .

На фиг. 3 представлена схема волоконного импульсного кольцевого лазера с пассивной синхронизацией мод излучения, в котором между вторым торцом 13 волокна и усиливающим волокном 2 расположен трехпортовый циркулятор 15, соединяющий резонатор лазера со спектрально-селективным отражающим элементом 16.In FIG. 3 is a diagram of a fiber pulsed ring laser with passive mode-locking, in which a three-port circulator 15 is located between the second fiber end 13 and the amplifying fiber 2, connecting the laser resonator with a spectrally selective reflective element 16.

На фиг. 4 представлена схема волоконного импульсного кольцевого лазера с пассивной синхронизацией мод излучения, в котором спектрально-селективным отражающим элементом 16 является призма в сочетании с отражающим зеркалом.In FIG. 4 is a schematic diagram of a fiber pulsed ring laser with passive mode locking in which the spectrally selective reflecting element 16 is a prism in combination with a reflecting mirror.

На фиг. 5 представлена схема волоконного импульсного кольцевого лазера с пассивной синхронизацией мод излучения, в котором между вторым торцом 13 волокна и усиливающим волокном 2 расположен волоконный спектрально-селективный элемент 18.In FIG. 5 is a schematic diagram of a fiber pulsed ring laser with passive mode-locking, in which a fiber-optically selective element 18 is located between the second fiber end 13 and the amplification fiber 2.

Работает устройство следующим образом:The device operates as follows:

излучение накачки, генерируемое источником 1 оптического излучения накачки, через волоконный модуль спектрального сведения 3 попадает в усиливающее волокно 2, переводя усиливающую среду лазера в активное состояние; генерация лазера осуществляется в кольцевом "беззеркальном" резонаторе, однонаправленный режим генерации в котором задается поляризационно-зависимым изолятором излучения 6. Однонаправленный режим генерации излучения позволяет выводить излучение лазера в одну сторону через ответвитель 4. Кроме того, режим однонаправленной "бегущей волны" устраняет эффект "пространственного выгорания провалов", присущий линейным лазерам. Торцы волокна 7 и 13 не отражают излучение лазера назад в волокно за счет того, что имеют или угол скола не менее 8-ми градусов, или торец оканчивается волокном без сердцевины (coreless fiber). Коллимирование выходящего из торцов волокна излучения производится коллиматорами 8 и 12. Фокусировка излучения на оптический элемент с керровской нелинейной 10 осуществляется фокусирующими излучение оптическими элементами 9 и 11. В качестве коллиматоров и фокусирующих излучение оптических элементов могут быть использованы как линзы, так и объективы. Использование ответвителя 4 с поляризационной дискриминацией в сочетании с поддерживающими поляризацию излучения волоконными элементами резонатора позволяет осуществлять внутри резонатора лазера генерацию линейно-поляризованного излучения и устранить эффект нелинейной эволюции поляризации излучения, который мог бы проявляться при генерации лазером неполяризованного излучения. Поляризационная дискриминация излучения внутри резонатора лазера может быть усилена с помощью поляризатора, расположенного в коллимированном пучке излучения между коллиматором и фокусирующим излучение оптическим элементом. Проходные для излучения лазера поверхности поляризатора имеют угол наклона к оси резонатора лазера не менее одного градуса для того, чтобы предотвратить возможную паразитную генерацию при отражении излучения от проходных для излучения лазера поверхностей поляризатора. Устранение эффекта нелинейной эволюции поляризации излучения (паразитного в данном случае) необходимо для реализации синхронизации мод излучения только на основе эффекта Керра, изменяющего значение показателя преломления оптического материала пропорционально квадрату напряженности приложенного электрического поля. Эффект Керра обеспечивает быстрый нелинейный отклик среды с характерным временем отклика порядка 10^-14-10^-15 с, что позволяет с использованием этого эффекта генерировать предельно короткие импульсы излучения, длительность которых может составлять всего один период колебаний электромагнитного поля. Керровская линза может ухудшать или улучшать настройку резонатора лазера за счет изменения фокусировки излучения. Например, изменение расстояния между фокусирующими излучение оптическими элементами 9 и 11 приводит к расстройке оптической системы, расположенной между торцами волокон 7 и 13, и к увеличению оптических потерь излучения при прохождении системы, однако действие керровской линзы в оптическом элементе 10 способно восстановить настройку оптической системы, расположенной между торцами волокон 7 и 13, и уменьшить оптические потери излучения при прохождении системы. Соответственно, короткий высокоинтенсивный импульс лазерного излучения будет иметь меньшие оптические потери в такой "расстроенной" оптической системе, чем длинный импульс или непрерывное излучение. Именно поэтому в лазере с изначально слегка расстроенной оптической системой, расположенной между торцами волокон 7 и 13, предпочтительным является режим синхронизации мод излучения за счет эффекта Керра, так как импульсное излучение лазера в этом режиме имеет меньшие оптические потери.the pump radiation generated by the optical pump radiation source 1 through the fiber module 3 of the spectral information 3 enters the amplifying fiber 2, translating the amplifying medium of the laser into an active state; laser generation is carried out in a ring “mirrorless” resonator, the unidirectional generation mode in which is set by a polarization-dependent radiation isolator 6. The unidirectional radiation generation mode allows the laser radiation to be output in one direction through the coupler 4. In addition, the unidirectional traveling wave mode eliminates the effect " spatial burnout dips "inherent in linear lasers. The ends of the fibers 7 and 13 do not reflect the laser radiation back into the fiber due to the fact that they have either a cleaving angle of at least 8 degrees, or the end ends with fiber without a core (coreless fiber). The radiation exiting from the ends of the fiber is collimated by collimators 8 and 12. The radiation is focused on the optical element with Kerr nonlinear 10 by the optical elements 9 and 11 focusing the radiation. Both lenses and lenses can be used as collimators and optical radiation focusing elements. The use of a coupler 4 with polarization discrimination in combination with fiber elements of the resonator supporting polarization of the radiation allows the generation of linearly polarized radiation inside the laser cavity and eliminates the effect of nonlinear evolution of radiation polarization, which could occur if the laser generated non-polarized radiation. Polarization discrimination of radiation inside the laser cavity can be enhanced by a polarizer located in a collimated radiation beam between the collimator and the optical element focusing the radiation. Passing surfaces for laser radiation of the polarizer surface have an angle of inclination to the axis of the laser resonator of at least one degree in order to prevent possible spurious generation when the radiation is reflected from the passage surfaces for laser radiation of the polarizer. The elimination of the effect of nonlinear evolution of radiation polarization (spurious in this case) is necessary to realize radiation mode synchronization only based on the Kerr effect, which changes the refractive index of the optical material in proportion to the square of the applied electric field strength. Kerr effect provides a fast nonlinear response of the medium with a characteristic response time of the order of 10 ^-14 -10 ^-15 with that makes use of this effect to generate extremely short pulses of radiation, the duration of which can be only one period of the electromagnetic field oscillations. The Kerr lens can degrade or improve the tuning of the laser cavity by changing the focus of the radiation. For example, a change in the distance between the radiation focusing optical elements 9 and 11 leads to a mismatch of the optical system located between the ends of the fibers 7 and 13, and to an increase in optical radiation losses during the passage of the system, however, the action of the Kerr lens in the optical element 10 can restore the optical system setting. located between the ends of the fibers 7 and 13, and to reduce the optical radiation loss during the passage of the system. Accordingly, a short high-intensity laser pulse will have less optical loss in such a "detuned" optical system than a long pulse or continuous radiation. That is why in a laser with an initially slightly detuned optical system located between the ends of the fibers 7 and 13, the radiation mode synchronization mode due to the Kerr effect is preferable, since pulsed laser radiation in this mode has lower optical losses.

Все отражающие поверхности элементов резонатора лазера не должны отражать излучение назад в резонатор, иначе отраженное от этих поверхностей излучение может инициировать паразитную генерацию, неспособную решить задачу заявляемого изобретения. Торцы волокна 7 и 13 не отражают излучение лазера назад в волокно за счет того, что имеют или угол скола не менее 8-ми градусов, или торец оканчивается волокном без сердцевины (coreless fiber). Проходные для излучения лазера поверхности оптического элемента с керровской нелинейностью имеют угол наклона к оси резонатора лазера не менее одного градуса. Для уменьшения оптических потерь излучения при прохождении коллиматоров, фокусирующих излучение оптических элементов, оптического элемента с керровской нелинейностью и поляризатора их проходные для излучения лазера поверхности могут иметь просветляющее покрытие.All reflective surfaces of the elements of the laser resonator should not reflect radiation back into the resonator, otherwise the radiation reflected from these surfaces can initiate spurious generation, which is unable to solve the problem of the claimed invention. The ends of the fibers 7 and 13 do not reflect the laser radiation back into the fiber due to the fact that they have either a cleaving angle of at least 8 degrees, or the end ends with fiber without a core (coreless fiber). The surfaces of an optical element with Kerr nonlinearity, which are passed through for laser radiation, have an angle of inclination to the axis of the laser cavity of at least one degree. To reduce the optical radiation loss during the passage of collimators focusing the radiation of optical elements, an optical element with Kerr nonlinearity, and a polarizer, their passages for laser radiation can have an antireflection coating.

Синхронизация мод излучения на основе керровской линзы выгодно отличается от синхронизации мод на основе насыщающихся поглотителей тем, что керровская линза имеет неограниченный срок службы, работает в широком спектральном диапазоне, порог ее использования по плотности мощности излучения ограничивается только порогом разрушения самого материала.The synchronization of radiation modes based on the Kerr lens compares favorably with the synchronization of modes based on saturable absorbers in that the Kerr lens has an unlimited service life, operates in a wide spectral range, the threshold for its use in terms of radiation power density is limited only by the threshold for the destruction of the material itself.

Существует много оптических материалов, обладающих керровской нелинейностью и прозрачных в широком спектральном диапазоне - кварц, поликомпонентные стекла класса ТФ, сапфир, кальцит и другие. Керровская линза может формироваться в элементах из этих материалов в широком диапазоне спектра, что позволяет использовать такие элементы как для перестраиваемых по длине волны излучения лазеров, так и для лазеров с различными длинами волн излучения. Поскольку эффект Керра является нелинейным оптическим эффектом, вызывающим изменения значения показателя преломления оптического материала пропорционально второй степени напряженности приложенного электрического поля, то наиболее сильно он проявляется при большой плотности мощности излучения, что в заявляемом изобретении обеспечивается расположением оптического элемента с керровской нелинейностью в фокусе излучения. Острая фокусировка лазерного излучения относительно короткофокусным элементом с фокусом 30-50 мм позволяет сформировать заметную керровскую линзу в оптических элементах, обладающих керровской нелинейностью, толщиной более 0,5 мм.There are many optical materials that have Kerr nonlinearity and are transparent in a wide spectral range - quartz, multicomponent TF glasses, sapphire, calcite, and others. The Kerr lens can be formed in elements of these materials in a wide spectral range, which makes it possible to use such elements for lasers tunable by the radiation wavelength and for lasers with different radiation wavelengths. Since the Kerr effect is a nonlinear optical effect that causes changes in the refractive index of the optical material in proportion to the second degree of applied electric field strength, it manifests itself most strongly at a high radiation power density, which is ensured by the arrangement of the optical element with Kerr nonlinearity in the radiation focus. The sharp focusing of laser radiation with a relatively short-focus element with a focus of 30–50 mm makes it possible to form a noticeable Kerr lens in optical elements with Kerr nonlinearity with a thickness of more than 0.5 mm.

Заявляемое изобретение может быть реализовано с использованием широкого ряда усиливающих волокон - волокон, допированных редкоземельными ионами, такими как эрбий (Er³⁺), неодим (Nd³⁺), иттербий (Yb³⁺), тулий (Tm³⁺), гольмий (Ho³⁺), висмут (Bi³⁺) и другими, а также рамановских волокон.The claimed invention can be implemented using a wide range of reinforcing fibers - fibers doped with rare earth ions, such as erbium (Er ³⁺ ), neodymium (Nd ³⁺ ), ytterbium (Yb ³⁺ ), thulium (Tm ³⁺ ), holmium ( Ho ³⁺ ), bismuth (Bi ³⁺ ) and others, as well as Raman fibers.

При использовании рамановского лазера в качестве источника излучения накачки волоконного лазера спектр полосы усиления волоконного лазера соответствует либо спектру первой стоксовой компоненты рамановского лазера (без использования дополнительных брэгговских решеток), либо спектру второй стоксовой компоненты рамановского лазера (при использовании двух брэгговских решеток, "запирающих" излучение первой стоксовой компоненты), либо спектру третьей стоксовой компоненты рамановского лазера (при использовании четырех брэгговских решеток, две из которых "запирают" излучение первой стоксовой компоненты рамановского лазера, а две другие "запирают" излучение второй стоксовой компоненты рамановского лазера). Описанные схемы соответствуют однокаскадному, двухкаскадному и трехкаскадному рамановскому лазеру. Использование рамановского лазера в качестве источника излучения накачки волоконного лазера позволяет осуществлять генерацию заявляемого лазера в ультрашироком спектральном диапазоне, в том числе в тех участках спектра, в которых не обеспечивают усиление волокна, допированные редкоземельными ионами.When using a Raman laser as a fiber laser pump radiation source, the spectrum of the fiber laser gain band corresponds to either the spectrum of the first Stokes component of a Raman laser (without using additional Bragg gratings) or the spectrum of the second Stokes component of a Raman laser (when using two Bragg gratings that block radiation the first Stokes component), or the spectrum of the third Stokes component of a Raman laser (when using four Bragg solutions c, two of which are "locked" radiation of the first Stokes component of the Raman laser and the other two "lock" the radiation of the second Stokes component of the Raman laser). The described circuits correspond to a single-stage, two-stage, and three-stage Raman laser. The use of a Raman laser as a source of radiation from a fiber laser pump allows the generation of the inventive laser in the ultra-wide spectral range, including in those parts of the spectrum in which the fibers doped with rare-earth ions do not provide amplification.

Число каскадов рамановского лазера, используемого в качестве источника излучения накачки волоконного лазера, может быть больше трех, однако КПД преобразования излучения рамановского лазера уменьшается с числом каскадов, поэтому обычно длина волны накачки рамановского лазера выбирается как можно ближе к требуемому спектральному диапазону генерации для того, чтобы минимизировать число каскадов рамановского лазера и обеспечить больший КПД лазерной системы.The number of cascades of a Raman laser used as a fiber laser pump radiation source can be more than three, however, the conversion efficiency of the Raman laser radiation decreases with the number of stages, therefore, the pump wavelength of a Raman laser is usually chosen as close as possible to the required spectral range of generation in order to minimize the number of cascades of the Raman laser and provide greater efficiency of the laser system.

Возможность использования в качестве усиливающей среды волокон, допированных редкоземельными ионами, а также рамановских волокон в сочетании с возможностью плавной перестройки спектра излучения и керровским "всеволновым" элементом синхронизации мод излучения позволяет осуществлять генерацию коротких импульсов заявляемого лазера в ультрашироком спектральном диапазоне, соответствующем пересечению областей прозрачности используемых в лазере оптических материалов.The possibility of using fibers doped with rare-earth ions as well as Raman fibers in combination with the possibility of smoothly tuning the emission spectrum and the Kerr “all-wave” element of radiation mode synchronization allows the generation of short pulses of the inventive laser in the ultra-wide spectral range corresponding to the intersection of the transparency regions used in a laser of optical materials.

Для спектральной перестройки широкого спектра излучения лазера могут быть использованы спектрально-селективные отражающие элементы (фиг. 3 и 4), связь которых с кольцевым резонатором лазера осуществляется с помощью трехпортового циркулятора 15. Через этот циркулятор могут быть использованы как волоконные, так и объемные спектрально-селективные отражающие элементы - призмы, дифракционные решетки и т.д.For spectral tuning of a wide spectrum of laser radiation, spectrally selective reflecting elements can be used (Figs. 3 and 4), which are connected to the laser ring resonator using a three-port circulator 15. Through this circulator, both fiber and volume spectral selective reflective elements - prisms, diffraction gratings, etc.

Для спектральной перестройки широкого спектра излучения лазера могут быть также использованы проходные волоконные спектрально-селективные элементы (фиг. 5) на основе волоконных интерферометров Фабри-Перо или Маха-Цендера или волоконных двулучепреломляющих спектральных фильтров.For spectral tuning of a wide spectrum of laser radiation, pass-through fiber spectral-selective elements (Fig. 5) based on Fabry-Perot or Mach-Zehnder fiber interferometers or birefringent fiber spectral filters can also be used.

Claims

1. Волоконный импульсный кольцевой лазер с пассивной синхронизацией мод излучения, содержащий оптически связанные источник излучения накачки, волоконный кольцевой резонатор, содержащий усиливающее волокно, минимум один волоконный модуль спектрального сведения для введения излучения накачки в усиливающее волокно, минимум один поляризационно-зависимый ответвитель для вывода излучения из резонатора, поляризационно-зависимый изолятор излучения для обеспечения однонаправленной генерации, первый и второй торцы волокна, не отражающие излучение лазера назад в волокно, расположенные между первым и вторым торцами волокна первый и второй коллиматоры, отличающийся тем, что все волоконные элементы резонатора являются поддерживающими поляризацию излучения, между первым и вторым коллиматорами расположены два фокусирующих излучение оптических элемента, между которыми в перетяжке пучка лазерного излучения расположен оптический элемент с керровской нелинейностью и толщиной более 0,5 мм с проходными для излучения лазера поверхностями, имеющими угол наклона к оси резонатора лазера не менее одного градуса.1. A passive-mode fiber pulsed ring laser containing optically coupled pump radiation source, a fiber ring resonator containing amplifying fiber, at least one fiber spectral information module for introducing pump radiation into the amplifying fiber, at least one polarization-dependent coupler for outputting radiation from the resonator, a polarization-dependent radiation insulator to provide unidirectional generation, the first and second ends of the fiber, not reflecting from laser radiation back into the fiber, located between the first and second ends of the fiber, the first and second collimators, characterized in that all fiber elements of the resonator support polarization of radiation, between the first and second collimators there are two optical elements focusing the radiation, between which in the waist of the laser beam an optical element with a Kerr nonlinearity and a thickness of more than 0.5 mm is located with passable surfaces for laser radiation having an angle of inclination to the axis of the resonator EPA is not less than one degree.

2. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что проходные для излучения лазера поверхности коллиматоров и фокусирующих излучение оптических элементов имеют просветляющее покрытие.2. The laser according to claim 1, characterized in that the surfaces of the collimators and optical elements focusing the radiation through the radiation for the laser have an antireflection coating.

3. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что проходные для излучения лазера поверхности оптического элемента с керровской нелинейностью имеют просветляющее покрытие.3. The laser according to claim 1, characterized in that the surfaces of the optical element with Kerr nonlinearity, which are passed through for laser radiation, have an antireflection coating.

4. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что проходные для излучения лазера поверхности оптического элемента с керровской нелинейностью являются брюстеровскими.4. The laser according to claim 1, characterized in that the surfaces of the optical element with Kerr nonlinearity, which are passed through for laser radiation, are Brewster.

5. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что в коллимированном пучке излучения между коллиматором и фокусирующим излучение оптическим элементом расположен поляризатор с проходными для излучения лазера поверхностями, имеющими угол наклона к оси резонатора лазера не менее одного градуса.5. The laser according to claim 1, characterized in that in the collimated beam of radiation between the collimator and the focusing radiation optical element there is a polarizer with passable surfaces for laser radiation having an angle of inclination from the laser cavity axis of at least one degree.

6. Лазер по п. 5, отличающийся тем, что проходные для излучения лазера поверхности поляризатора имеют просветляющее покрытие.6. The laser according to claim 5, characterized in that the surfaces of the polarizer passable for laser radiation have an antireflective coating.

7. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что в качестве усиливающего волокна применяется как стеклянное оптическое волокно, так и стеклянное оптическое волокно, допированное редкоземельными элементами или легированное оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi.7. The laser according to claim 1, characterized in that both the glass optical fiber and the glass optical fiber doped with rare earth elements or doped with germanium and phosphorus oxides, as well as a combination thereof, are used as the reinforcing fiber, while the oxide matrix may include compound of a chemical element Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Ta, Zr, Bi.

8. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что источником излучения накачки волоконного лазера является рамановский лазер при использовании в качестве усиливающего волокна стекловолокна, легированного оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi, при этом резонатор рамановского лазера образован двумя волоконными брэгговскими решетками, имеющими перпендикулярные лучу или наклонные штрихи и являющимися отражающими для излучения первой стоксовой компоненты рамановского лазера.8. The laser according to claim 1, characterized in that the fiber laser pump is a Raman laser when using fiberglass doped with germanium and phosphorus oxides as an amplifying fiber, as well as a combination thereof, while the compound of the chemical element Si can enter the oxide matrix , N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Ta, Zr, Bi, and the Raman laser cavity is formed by two fiber Bragg gratings having perpendicular to the beam or inclined lines and reflecting for the radiation of the first ksovoy components of the Raman laser.

9. Лазер по п. 8, отличающийся тем, что резонатор рамановского лазера образован четырьмя волоконными брэгговскими решетками, имеющими перпендикулярные лучу или наклонные штрихи, две из которых являются отражающими для излучения первой стоксовой компоненты рамановского лазера, а две другие являются отражающими для излучения второй стоксовой компоненты рамановского лазера.9. The laser according to claim 8, characterized in that the Raman laser cavity is formed by four fiber Bragg gratings having perpendicular to the beam or inclined lines, two of which are reflective for the radiation of the first Stokes component of the Raman laser, and the other two are reflective for the radiation of the second Stokes components of a Raman laser.

10. Волоконный импульсный кольцевой лазер с пассивной синхронизацией мод излучения, содержащий оптически связанные источник излучения накачки, волоконный кольцевой резонатор, содержащий усиливающее волокно, минимум один волоконный модуль спектрального сведения для введения излучения накачки в усиливающее волокно, минимум один поляризационно-зависимый ответвитель для вывода излучения из резонатора, поляризационно-зависимый изолятор излучения для обеспечения однонаправленной генерации, первый и второй торцы волокна, не отражающие излучение лазера назад в волокно, расположенные между первым и вторым торцами волокна первый и второй коллиматоры, отличающийся тем, что все волоконные элементы резонатора являются поддерживающими поляризацию излучения, между первым и вторым коллиматорами расположены два фокусирующих излучение оптических элемента, между которыми в перетяжке пучка лазерного излучения расположен оптический элемент с керровской нелинейностью и толщиной более 0,5 мм с проходными для излучения лазера поверхностями, имеющими угол наклона к оси резонатора лазера не менее одного градуса, между вторым торцом волокна и усиливающим волокном расположен трехпортовый циркулятор, соединяющий резонатор лазера со спектрально-селективным отражающим элементом.10. A passive-mode fiber pulsed ring laser containing an optically coupled pump radiation source, a fiber ring resonator containing an amplification fiber, at least one fiber spectral information module for introducing pump radiation into the amplification fiber, at least one polarization-dependent coupler for outputting radiation from the resonator, a polarization-dependent radiation insulator to provide unidirectional generation, the first and second ends of the fiber, not reflecting and laser radiation back into the fiber, located between the first and second ends of the fiber, the first and second collimators, characterized in that all fiber elements of the resonator support polarization of radiation, between the first and second collimators there are two optical elements focusing the radiation, between which in the waist of the laser beam an optical element with a Kerr nonlinearity and a thickness of more than 0.5 mm is located with passable surfaces for laser radiation having an angle of inclination to the axis of the resonator a grain of at least one degree, between the second end of the fiber and the reinforcing fiber there is a three-port circulator connecting the laser resonator with a spectrally selective reflective element.

11. Лазер по п. 10, отличающийся тем, что проходные для излучения лазера поверхности коллиматоров и фокусирующих излучение оптических элементов имеют просветляющее покрытие.11. The laser according to claim 10, characterized in that the surfaces of the collimators and optical elements focusing the radiation through the radiation of the laser have an antireflection coating.

12. Лазер по п. 10, отличающийся тем, что проходные для излучения лазера поверхности оптического элемента с керровской нелинейностью имеют просветляющее покрытие.12. The laser according to claim 10, characterized in that the surfaces of the optical element with Kerr nonlinearity, which are passed through for laser radiation, have an antireflection coating.

13. Лазер по п. 10, отличающийся тем, что проходные для излучения лазера поверхности оптического элемента с керровской нелинейностью являются брюстеровскими.13. The laser according to claim 10, characterized in that the surfaces of the optical element with Kerr nonlinearity, which are passed through for laser radiation, are Brewster.

14. Лазер по п. 10, отличающийся тем, что в коллимированном пучке излучения между коллиматором и фокусирующим излучение оптическим элементом расположен поляризатор с проходными для излучения лазера поверхностями, имеющими угол наклона к оси резонатора лазера не менее одного градуса.14. The laser according to claim 10, characterized in that in the collimated beam of radiation between the collimator and the focusing radiation optical element there is a polarizer with passable surfaces for laser radiation having an angle of inclination from the laser cavity axis of at least one degree.

15. Лазер по п. 10, отличающийся тем, что проходные для излучения лазера поверхности поляризатора имеют просветляющее покрытие.15. The laser according to claim 10, characterized in that the surfaces of the polarizer passable for laser radiation have an antireflection coating.

16. Лазер по п. 10, отличающийся тем, что в качестве усиливающего волокна применяется как стеклянное оптическое волокно, так и стеклянное оптическое волокно, допированное редкоземельными элементами или легированное оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi.16. The laser according to claim 10, characterized in that both the glass optical fiber and the glass optical fiber doped with rare earth elements or doped with germanium and phosphorus oxides, as well as a combination thereof, are used as the reinforcing fiber, while the oxide matrix may include compound of a chemical element Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Ta, Zr, Bi.

17. Лазер по п. 10, отличающийся тем, что источником излучения накачки волоконного лазера является рамановский лазер при использовании в качестве усиливающего волокна стекловолокна, легированного оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi, при этом резонатор рамановского лазера образован двумя волоконными брэгговскими решетками, имеющими перпендикулярные лучу или наклонные штрихи и являющимися отражающими для излучения первой стоксовой компоненты рамановского лазера.17. The laser according to claim 10, characterized in that the Raman laser is the source of the laser pump radiation when using fiberglass doped with germanium and phosphorus oxides as an amplifying fiber, as well as their combination, while the compound of the chemical element Si can enter the oxide matrix , N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Ta, Zr, Bi, and the Raman laser cavity is formed by two fiber Bragg gratings having perpendicular to the beam or inclined lines and reflecting the radiation of the first oksovoy components of the Raman laser.

18. Лазер по п. 17, отличающийся тем, что резонатор рамановского лазера образован четырьмя волоконными брэгговскими решетками, имеющими перпендикулярные лучу или наклонные штрихи, две из которых являются отражающими для излучения первой стоксовой компоненты рамановского лазера, а две другие являются отражающими для излучения второй стоксовой компоненты рамановского лазера.18. The laser according to claim 17, characterized in that the Raman laser cavity is formed by four fiber Bragg gratings having perpendicular to the beam or inclined lines, two of which are reflective for the radiation of the first Stokes component of the Raman laser, and the other two are reflective for the radiation of the second Stokes components of a Raman laser.

19. Лазер по п. 10, отличающийся тем, что спектрально-селективным отражающим элементом является волоконная брэгговская решетка.19. The laser according to claim 10, characterized in that the spectrally selective reflective element is a fiber Bragg grating.

20. Лазер по п. 10, отличающийся тем, что спектрально-селективным отражающим элементом является объемный элемент, связанный с резонатором лазера через третий коллиматор и третий торец волокна, являющийся торцом волокна двунаправленного порта трехпортового циркулятора и не отражающий излучение лазера назад в волокно.20. The laser according to claim 10, characterized in that the spectrally selective reflective element is a volume element connected to the laser cavity through the third collimator and the third fiber end, which is the fiber end of the bi-directional port of the three-port circulator and does not reflect the laser radiation back into the fiber.

21. Лазер по п. 20, отличающийся тем, что спектрально-селективным отражающим элементом является объемная дифракционная решетка.21. The laser according to claim 20, characterized in that the spectrally selective reflective element is a bulk diffraction grating.

22. Лазер по п. 20, отличающийся тем, что спектрально-селективным отражающим элементом является зеркало с заданной спектральной полосой отражения.22. The laser according to claim 20, characterized in that the spectrally selective reflective element is a mirror with a given spectral reflection band.

23. Лазер по п. 20, отличающийся тем, что спектрально-селективным отражающим элементом является призма в сочетании с отражающим зеркалом или призма Литтрова с отражающим покрытием на поверхности, на которую нормально падает пучок лазерного излучения после преломления на входной брюстеровской поверхности призмы.23. The laser according to claim 20, characterized in that the spectrally selective reflective element is a prism in combination with a reflecting mirror or a Littrov prism with a reflective coating on the surface onto which the laser beam normally incident after refraction on the input Brewster surface of the prism.

24. Волоконный импульсный кольцевой лазер с пассивной синхронизацией мод излучения, содержащий оптически связанные источник излучения накачки, волоконный кольцевой резонатор, содержащий усиливающее волокно, минимум один волоконный модуль спектрального сведения для введения излучения накачки в усиливающее волокно, минимум один поляризационно-зависимый ответвитель для вывода излучения из резонатора, поляризационно-зависимый изолятор излучения для обеспечения однонаправленной генерации, первый и второй торцы волокна, не отражающие излучение лазера назад в волокно, расположенные между первым и вторым торцами волокна первый и второй коллиматоры, отличающийся тем, что все волоконные элементы резонатора являются поддерживающими поляризацию излучения, между первым и вторым коллиматорами расположены два фокусирующих излучение оптических элемента, между которыми в перетяжке пучка лазерного излучения расположен оптический элемент с керровской нелинейностью и толщиной более 0,5 мм с проходными для излучения лазера поверхностями, имеющими угол наклона к оси резонатора лазера не менее одного градуса, между вторым торцом волокна и усиливающим волокном расположен волоконный спектрально-селективный элемент.24. Passive-mode fiber pulsed ring laser containing an optically coupled pump radiation source, a fiber ring resonator containing an amplification fiber, at least one fiber spectral information module for introducing pump radiation into the amplification fiber, at least one polarization-dependent coupler for outputting radiation from the resonator, a polarization-dependent radiation insulator to provide unidirectional generation, the first and second ends of the fiber, not reflecting and laser radiation back into the fiber, located between the first and second ends of the fiber, the first and second collimators, characterized in that all fiber elements of the resonator support polarization of radiation, between the first and second collimators there are two optical elements focusing the radiation, between which in the waist of the laser beam an optical element with a Kerr nonlinearity and a thickness of more than 0.5 mm is located with passable surfaces for laser radiation having an angle of inclination to the axis of the resonator a grain of not less than one degree, between the second end of the fiber and the reinforcing fiber is a fiber spectrally selective element.

25. Лазер по п. 24, отличающийся тем, что проходные для излучения лазера поверхности коллиматоров и фокусирующих излучение оптических элементов имеют просветляющее покрытие.25. The laser according to claim 24, characterized in that the surfaces of the collimators and optical elements focusing the radiation through the radiation of the laser have an antireflection coating.

26. Лазер по п. 24, отличающийся тем, что проходные для излучения лазера поверхности оптического элемента с керровской нелинейностью имеют просветляющее покрытие.26. The laser according to claim 24, characterized in that the surfaces of the optical element with Kerr non-linearity, passing through for laser radiation, have an antireflection coating.

27. Лазер по п. 24, отличающийся тем, что проходные для излучения лазера поверхности оптического элемента с керровской нелинейностью являются брюстеровскими.27. The laser according to claim 24, characterized in that the surfaces of the optical element with Kerr nonlinearity, which are passed through for laser radiation, are Brewster.

28. Лазер по п. 24, отличающийся тем, что в коллимированном пучке излучения между коллиматором и фокусирующим излучение оптическим элементом расположен поляризатор с проходными для излучения лазера поверхностями, имеющими угол наклона к оси резонатора лазера не менее одного градуса.28. The laser according to claim 24, characterized in that in the collimated radiation beam between the collimator and the focusing radiation optical element, there is a polarizer with surfaces that pass through for laser radiation, having an angle of inclination from the laser resonator axis of at least one degree.

29. Лазер по п. 24, отличающийся тем, что проходные для излучения лазера поверхности поляризатора имеют просветляющее покрытие.29. The laser according to claim 24, characterized in that the surfaces of the polarizer passable for laser radiation have an antireflective coating.

30. Лазер по п. 24, отличающийся тем, что в качестве усиливающего волокна применяется как стеклянное оптическое волокно, так и стеклянное оптическое волокно, допированное редкоземельными элементами или легированное оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi.30. The laser according to claim 24, characterized in that both the glass optical fiber and the glass optical fiber doped with rare earth elements or doped with germanium and phosphorus oxides, as well as a combination thereof, are used as the reinforcing fiber, while the oxide matrix may include compound of a chemical element Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Ta, Zr, Bi.

31. Лазер по п. 24, отличающийся тем, что источником излучения накачки волоконного лазера является рамановский лазер при использовании в качестве усиливающего волокна стекловолокна, легированного оксидами германия, фосфора, а также их сочетанием, при этом в оксидную матрицу может входить соединение химического элемента Si, N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Та, Zr, Bi, при этом резонатор рамановского лазера образован двумя волоконными брэгговскими решетками, имеющими перпендикулярные лучу или наклонные штрихи и являющимися отражающими для излучения первой стоксовой компоненты рамановского лазера.31. The laser according to claim 24, characterized in that the radiation source of the fiber laser pump is a Raman laser when using fiberglass doped with germanium oxides and phosphorus as an amplifying fiber, as well as a combination thereof, while the compound of the chemical element Si can enter the oxide matrix , N, Ga, Al, Fe, F, Ti, B, Sn, Ba, Ta, Zr, Bi, and the Raman laser cavity is formed by two fiber Bragg gratings having perpendicular to the beam or inclined lines and reflecting the radiation of the first oksovoy components of the Raman laser.

32. Лазер по п. 31, отличающийся тем, что резонатор рамановского лазера образован четырьмя волоконными брэгговскими решетками, имеющими перпендикулярные лучу или наклонные штрихи, две из которых являются отражающими для излучения первой стоксовой компоненты рамановского лазера, а две другие являются отражающими для излучения второй стоксовой компоненты рамановского лазера.32. The laser according to claim 31, characterized in that the Raman laser resonator is formed by four fiber Bragg gratings having perpendicular to the beam or inclined lines, two of which are reflective for the radiation of the first Stokes component of the Raman laser, and the other two are reflective for the radiation of the second Stokes components of a Raman laser.

33. Лазер по п. 24, отличающийся тем, что волоконным спектрально-селективным элементом является волоконный интерферометр Фабри-Перо или волоконный интерферометр Маха-Цендера.33. The laser according to claim 24, wherein the fiber spectrally selective element is a Fabry-Perot fiber interferometer or a Mach-Zehnder fiber interferometer.

34. Лазер по п. 24, отличающийся тем, что волоконным спектрально-селективным элементом является волоконный двулучепреломляющий спектральный фильтр. 34. The laser according to claim 24, wherein the fiber spectral selective element is a fiber birefringent spectral filter.