Archive

Разработана конфигурация задающего эрбиевого лазера с распределенной обратной связью, объединенного со схемой усилителя оптического сигнала, обеспечивающего максимальный КПД использования накачки при минимизации влияния релаксационных колебаний на выходные параметры излучения. В данной схеме получено одночастотное излучение волоконного лазера мощностью до 30 мВт при уровне накачки 600 мВт. Усиленное спонтанное излучение находится на уровне 0,08 %. Величина относительного шума интенсивности – на уровне –140 дБ/Гц на частотах более 10 МГц и –100 дБ/Гц на пике релаксационных колебаний. Ширина спектра генерации – менее 1 кГц.

Ключевые слова: волоконный лазер с распределенной обратной связью, эрбиевый лазер, схема лазера, релаксационные колебания, шум, ширина спектра.

А.А. Власов
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия, e-mail: vlasov@ iae.nsk.su.

В.А. Акулов
Кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук; директор, ООО «Инверсия – Файбер», Новосибирск, Россия, e-mail: akulov.v84@gmail.com.

1. Er3+:Yb3+-codoped fiber distributed-feedback laser / J.T. Kringlebotn, J.L. Archambault, L. Reekie, D.N. Payne // Opt. Lett. – 1994. – Vol. 19, № 24. – P. 2101–2103.

2. Vlasov A.A., Churin D.E., Babin S.A. The features of characterization of the fiber Bragg gratings with phase shift for the distributed-feedback lasers written in the polarization-maintaining Ytterbium-doped fiber // Laser Physics. – 2010. – Vol. 20, № 12. – P. 2045–2049.

3. Foster S. Dynamical noise in single-mode distributed feedback fiber lasers // IEEE J. Quantum Electron. – 2004. – Vol. 40, № 9. – P. 1283–1293.

4. The relative intensity noise and relaxation oscillation characteristics of a distributed-feedback fiber laser / P.P. Wang, J. Chang [et al.] // Laser Physics. – 2013. – Vol. 23, № 9. – P. 1–5.

5. Cliché J.-F., Allard M., Tetu M. Ultra-narrow linewidth and high frequency stability laser sources // Optical Amplifiers and Their Applications/ Coherent Optical Technologies and Applications (OAA/COTA 2006), Whistler, Canada, 25–30 Junе, 2006. – Optical Society of America, 2006. – Paper CFC5.

Рассмотрена сфера применения двухмикронного волоконного усилителя. Изложен обзор тематических статей исследований предыдущих научных групп. Представлены результаты работы волоконно-оптического усилителя, легированного ионами гольмия. Для изучения характеристик гольмиевого усилителя была собрана экспериментальная установка. В качестве накачки активной среды усилителя использовался иттербиевый лазер. Приведены спектры излучения, вычислены максимальные коэффициенты усиления. По результатам деятельности научной лаборатории по данной теме была построена оптимизационная кривая для разных длин активного волокна, была установлена зависимость выходной мощности от мощности накачки. В ходе исследования использовались разные уровни задающего сигнала. В итоге была подобрана длина активного волокна усилителя, позволяющая получить максимальную выходную мощность. Таким образом, по сравнению с предыдущими результатами и другими публикациями в данной области было получено усиление слабого непрерывного сигнала в области спектра до 2020 нм.

Ключевые слова: гольмиевый волоконный усилитель, активное волокно, усиление слабого сигнала, иттербиевая накачка, гольмий, иттербий, волоконные лазеры, волокна, легированные редкоземельными элементами.

И.В. Жлуктова
Магистр кафедры «Оптические и биотехнические системы и технологии», Московский технологический университет (МГУПИ); инженер лаборатории активных сред твердотельных лазеров, Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва, Россия, e-mail: iv.zhluktova@gmail.com.

Н.Ю.Титаренко
Бакалавр кафедры № 69 «Лазерный термоядерный синтез», Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия, email: titarenknik@gmail.com.

А.А. Тавлеев
Бакалавр кафедры № 69 «Лазерный термоядерный синтез», Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия, email: alaltav@gmail.com.

В.А. Камынин
Научный сотрудник лаборатории активных сред твердотельных лазеров, Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва, Россия, e-mail: kamyninva@gmail.com.

В.Б. Цветков
Доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией, Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва, Россия, e-mail: tsvetkov@lsk.gpi.ru.

1. High power diode-seeded fiber amplifiers at 2 μm – from architectures to applications / A.M. Heidt [et al.] // IEEEJ. Sel. Top. Quantum Electron. – 2014. – № 20. – Р. 3100612.

2. Jackson S.D. Midinfrared holmium fiber lasers // IEEE J. Quantum Electron. – 2006. – № 42. – Р. 187–191.

3. Ho-doped silica fiber laser in-band pumped by a Tm-doped fiber laser / J. Kim [et al.] // CLEO/Europe and EQEC 2009. – URL: http://2009.cleoeurope.org (дата обращения: 20.01.2017).

4. All-fiber 10 W holmium lasers pumped at λ = 1.15 μm / A.S. Kurkov [et al.] // Opt. Lett. – 2010. – № 35. – Р. 490–492.

5. Antipov S.O., Kurkov A.S. A holmium-doped fiber amplifier at 2.1 μm // Laser Physics Letters. – 2013. – № 10. – Р. 125106.

6. Gain spectrum of the Ho-doped fiber amplifier / S.A. Filatova, V.A. Kamynin, V.B. Tsvetkov, O.I. Medvedkov, A.S. Kurkov // Laser Physics Letters. – 2015. – № 12 (9). – Р. 095105.

7. Усиление пикосекундных импульсов двухмикронного диапазона / С.А. Филатова, В.А. Камынин, И.В. Жлуктова, В.Б. Цветков // Прикладная фотоника. – 2016. – № 3. – С. 301–308.

8. High gain holmium-doped fibre amplifiers / N. Simakov, Zh. Li, Y. Jung, J.M.O. Daniel, Pr. Barua, P.C. Shardlow, S. Liang, J.K. Sahu, A. Hemming, W.A. Clarkson, Sh. Alam, D.J. Richardson / Optical Society of America. – 2016.

9. Holmium doped fiber amplifier for optical communications at 2.05–2.13 μm / N. Simakov, Z. Li, S.U. Alam, P.C. Shardlow, J.M.O. Daniel, D. Jain, J.K. Sahu, A. Hemming, A. Clarksonand, D.J. Richardson // Optical Fiber Communication Conference / Optical Society of America. – Los Angeles, California, 2015. – Р. Tu2C.6.

Представлены экспериментальные результаты по созданию наноотверстий методом фемтосекундной (270 фс) ультрафиолетовой лазерной абляции в пленке алюминия толщиной 100 нм, осажденной на стеклянную поверхность методом вакуумного магнетронного напыления. Исследованы зависимости диаметра наноотверстий от энергии импульсов в диапазоне от 10 до 25 нДж и от числа фемтосекундных лазерных импульсов в диапазоне от 5 до 50 импульсов. Показано, что минимальный диаметр наноотверстий достигается при энергии импульсов 10 нДж и количестве импульсов 50. Продемонстрированы наноотверстия диаметром <150 нм, которые представляют собой волноводы нулевой моды. Экспериментальная проверка работоспособности наноотверстий производилась в белом свете сразу после их изготовления, а также непосредственно в схеме многоканального ДНК-секвенатора типа Pacific Biosciences при регистрации испущенного из них флуоресцентного сигнала малой интенсивности (≈103 фотонов/с–1). Результаты работы подтверждают потенциальную применимость изготовленных наноотверстий в одномолекулярной флуоресцентной спектроскопии.

Ключевые слова: фемтосекундная лазерная абляция, тонкие металлические пленки, ДНК-секвенатор, волновод нулевой моды, одномолекулярная спектроскопия, изготовление наноотверстий.

А.В. Достовалов
Кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории волоконной оптики, Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия, e-mail: dostovalov@iae.nsk.su.

В.С. Терентьев
Кандидат физико-математических наук, cтарший научный сотрудник, Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия, e-mail: terentyev@iae.nsk.su.

В.П. Бессмельцев
Кандидат технических наук, заведующий лабораторией лазерной графики, Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия, e-mail: bessmelt@iae.nsk.su.

1. Schuler B. Single-molecule spectroscopy // Encycl. Biophys. – Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2013.

2. Levene M.J. Zero-mode waveguides for single-molecule analysis at high concentrations // Science. – 2003. – № 299. – Р. 682–686.

3. Real-time DNA sequencing from single polymerase molecules / J. Eid, A. Fehr, J. Gray, K. Luong, J. Lyle, G. Otto [et al.] // Science. – 2009. – № 323. – Р. 133–138.

4. Nanoaperture-enhanced fluorescence: towards higher detection rates with plasmonic metals / D. Gerard, J. Wenger, N. Bonod, E. Popov, H. Rigneault, F. Mahdavi [et al.] // Phys. Rev. B. Condens Matter Mater Phys. – 2008. – № 77. – Р. 1–8.

5. Zhao J., Branagan S.P., Bohn P.W. Single-molecule enzyme dynamics of monomeric sarcosine oxidase in a gold-based zero-mode waveguide // Appl. Spectrosc. – 2012. – № 66. – Р. 163–169.

6. Improved fabrication of zero-mode waveguides for single-molecule detection / M. Foquet, K.T. Samiee, X. Kong, B.P. Chauduri, P.M. Lundquist, S.W. Turner [et al.] // J. Appl. Phys. – 2008. – № 103. – Р. 1–9.

7. Single molecule fluorescence in rectangular nano-apertures / J. Wenger, P.-F. Lenne, E. Popov, H. Rigneault, J. Dintinger, T. Ebbesen // Opt. Express. – 2005. – № 13. – Р. 7035–7044.

8. Pulsed-interleaved excitation FRET measurements on single duplex DNA molecules inside C-shaped nanoapertures / S. Fore, Y. Yuen, L. Hesselink, T. Huser // Nano Lett. – 2007. – № 7. – Р. 1749–1756.

9. Fabrication of microscale medical devices by two-photon polymerization with multiple foci via a spatial light modulator / S.D. Gittard, A. Nguyen, K. Obata, A. Koroleva, R.J. Narayan, B.N. Chichkov // Biomed. Opt. Express. – 2011. – № 2. – Р. 3167.

10. Machining of sub-micron holes using a femtosecond laser at 800 nm / P. Pronko, S. Dutta, J. Squier, J. Rudd // Opt. Commun. – 1995. – № 114. – Р. 106–110.

11. Venkatakrishnan K., Tan B., Sivakumar N.R. Sub-micron ablation of metallic thin film by femtosecond pulse laser // Opt. Laser Technol. – 2002. – № 34. – Р. 575–578.

12. Doerr D.W., Alexander D.R. Submicron patterning of aluminum films by laser ablation // Proc. SPIE. – 1999. – Vol. 3874. – Р. 62–67.

13. Spiro A., Lowe M., Pasmanik G. Drilling rate of five metals with picosecond laser pulses at 355, 532, and 1064 nm // Appl. Phys. A. – 2012. – № 107. – Р. 801–808.

14. High-speed and crack-free direct-writing of microchannels on glass by an IR femtosecond laser / E. Bulushev, V. Bessmeltsev, A. Dostovalov, N. Goloshevsky, A. Wolf // Opt. Lasers. Eng. – 2016. – № 79. – Р. 39–47.

15. Optical properties of metallic films for vertical-cavity optoelectronic devices / A.D. Rakic, A.B. Djurisic, J.M. Elazar, M.L. Majewski // Appl. Opt. – 1998. – № 37. – Р. 5271–5283.

16. Femtosecond pulsed laser ablation with spatial filtering / K. Venkatakrishnan, B. Tan, L.H.K. Koh, B.K.A. Ngoi // Opt. Lasers Eng. – 2002. – № 38. – Р. 425–432.

17. Fabrication of nanometer-size structures in metal thin films using femtosecond laser Bessel beams / B. Yalizay, T. Ersoy, B. Soylu, S. Akturk // Appl. Phys. Lett. – 2012. – № 100. – Р. 82–85.

18. Parallel confocal detection of single molecules in real time / P.M. Lundquist, C.F. Zhong, P. Zhao, A.B. Tomaney, P.S. Peluso, J. Dixon, B. Bettman, Y. Lacroix, D.P. Kwo, E. McCullough, M. Maxham, K. Hester, P. McNitt, D.M. Grey, C. Henriquez, M. Foquet, S.W. Turner, D. Zaccarin // Opt. Lett. – 2008. – № 33. – Р. 1026–1028.

19. О создании платформы для исследования нуклеиновых кислот (ДНК-секвенатора) / В.П. Бессмельцев, В.С. Терентьев, В.В. Вилейко, С.А. Бабин, А.М. Шалагин, А.В. Латышев, Д.А. Насимов, Л.И. Федина, Д.В. Пышный, П.Е. Воробьев, В.В. Анненков, Е.Н. Даниловцева, С.Н. Зелинский, О.Н. Верхозина, М.А. Грачев, Ю.П. Галачьянц // Прикладная фотоника. – 2016. – Т. 3, № 4. – С. 388–412.

Представлены результаты исследования воздействия высокоинтенсивного лазерного излучения с длиной волны 1,08 мкм на мягкие биологические ткани. Изготовлен макет волоконного лазера, в котором в качестве активной среды использовалось волокно с многокомпонентной оболочкой GTWave, легированное ионами иттербия. Максимальная мощность волоконного лазера составила 9 Вт в непрерывном режиме работы. В результате лазерного воздействия были получены лазерные кратеры в мышечной ткани и на коже. Подобрано эффективное время воздействия: для мышечной ткани оно составляет 60 с, для кожи – 17 с. Разработанный макет лазера может применяться в хирургических целях. Предполагается, что наиболее высокая эффективность удаления биоткани может быть обеспечена при контактном способе воздействия.

Ключевые слова: иттербиевый волоконный лазер, лазерный кратер, мягкие биоткани, лазерное термическое воздействие, лазерная абляция, высокоинтенсивное лазерное излучение, лазерная хирургия.

М.В. Ременникова
Младший научный сотрудник, Пермский научный центр Уральского отделения Российской академии наук, Пермь, Россия, e-mail: rmvpnppk@gmail.com.

В.К. Урядова
Студентка, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия.

М.К. Лушникова
Студентка, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия.

Ю.А. Конин
Младший научный сотрудник, Пермский научный центр Уральского отделения Российской академии наук, Пермь, Россия, e-mail: yuri-konin@yandex.ru.

А.И. Гаранин
Младший научный сотрудник, Пермский научный центр Уральского отделения Российской академии наук; аспирант, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия, e-mail: kigaranin@yandex.ru.

1. Серебряков В.А. Опорный конспект лекций по курсу «Лазерные технологии в медицине». – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2009. – 266 с.

2. Курков А.С., Дианов Е.М. Непрерывные волоконные лазеры средней мощности // Квантовая электроника. – 2004. – Т. 34, № 10. – С. 881–900.

3. Филатова С.А., Цветков В.Б., Курков А.С. Импульсный гольмиевый волоконный лазер с длиной волны излучения 2,1 мкм для медицинского применения // Прикладная фотоника. – 2014. – № 1. – С. 130–139.

4. Князьков В.Б., Гофман В.В., Гофман В.Р. Лазерная хирургия заболеваний глоточного лимфатического кольца. – М.: Техносфера, 2016. – 440 с.

5. Курков А.С. Волоконные лазеры: принципы построения и основные свойства. – М., 2012. – 184 с. 6. Fiber fuse phenomenon in hole-assisted fibers / K. Takenaga, Sh. Tanigawa, Sh. Matsuo, M. Fujimaki // Fujikura Technical Review. – 2011. – Р. 12–15.

Впервые продемонстрирована возможность генерации иттербиевого волоконного лазера с широким спектром в режиме модуляции усиления. Разработанный лазер генерирует последовательность стабильных импульсов с частотой повторения ≈50 кГц с пиковой мощностью более 1 Вт и шириной спектра более 13 нм по уровню –10 дБ.

Ключевые слова: волоконный лазер, импульсный лазер, иттербий, модуляция усиления, широкополосная генерация.

Р.В. Дробышев
Магистрант, Новосибирский государственный университет; инженер лаборатории волоконной оптики, Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия, e-mail: r.drobyshev@mail.ru.

Ю.А. Тимиртдинов
Ведущий инженер-электроник лаборатории волоконной оптики, Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия, e-mail: timirtdinov@ngs.ru.

И.А. Лобач
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории волоконной оптики, Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск; заведующий лабораторией фотоники, Пермский научный центр Уральского отделения Российской академии наук, Пермь, Россия, e-mail: ivan.lobach@gmail.com.

С.И. Каблуков
Доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории волоконной оптики, Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия, e-mail: kab@iae.nsk.su.

1. Optical coherence tomography – principles and applications / A.F. Fercher [et al.] // Rep. Prog. Phys. – 2003. – № 66. – Р. 239.

2. Lefevre H.C. The fiber-optic gyroscope. – Artech House Publishers, 2014.

3. Brinkmeyer E., Waterholter T. Fiber optic CW doppler lidar using a synthetic broadband source // Proc. SPIE 8894. Lidar Technologies, Techniques, and Measurements for Atmospheric Remote Sensing IX. – 2013. – Р. 889402.

4. Cusano A., Cutolo A., Albert J. Fiber Bragg grating sensors: recent advancements, industrial applications and market exploitation. – Bentham Science Publisher, 2011.

5. Широкополосный источник излучения на основе квантоворазмерных суперлюминесцентных диодов для оптической когерентной томографии высокого разрешения / Д.С. Адлер, Т.Х. Ко, А.К. Конорев, Д.С. Мамедов, В.В. Прохоров, Д.Д. Фуджимото, С.Д. Якубович // Квантовая электроника. – 2004. – Т. 34, № 10. – С. 915–918.

6. Широкополосный источник излучения на основе иттербиевого волоконного световода с распределенной по длине накачкой / Д.А. Грух, В.А. Богатырев, А.А. Сысолятин, В.М. Парамонов, А.С. Курков, Е.М. Дианов // Квантовая электроника. – 2004. – № 34 (3). – С. 247–248.

7. Generation of broadband noise-like pulse from Yb-doped fiber laser ring cavity / M. Suzuki, R.A. Ganeev, S. Yoneya, H. Kuroda // Opt. Lett. – 2015. – Vol. 40. – Р. 804–807.

8. Желтиков А.М. Да будет белый свет: генерация суперконтинуума сверхкороткими лазерными импульсами // УФН. – 2006. – № 176. – С. 623–649.

9. Wang P., Sahu J.K., Clarkson W.A. 110 W double-ended ytterbium-doped fiber superfluorescent source with M2 = 1,6 // Opt. Lett. – 2006. – № 31. – Р. 3116–3118.

10. High power narrow-band fiber-based ASE source / O. Schmidt, M. Rekas, C. Wirth, J. Rothhardt, S. Rhein, A. Kliner, M. Strecker, T. Schreiber, J. Limpert, R. Eberhardt, A. Tünnermann // Opt. Express. – 2011. – № 19. – Р. 4421–4427.

11. Дробышев Р.В., Лобач И.А., Каблуков С.И. Волоконный иттербиевый лазер с самосканированием частоты на основе волокна с увеличенной площадью поля моды // Прикладная фотоника. – 2016. – Т. 3, № 4. – С. 413–426.

12. Multiwavelength erbium-doped fiber ring laser incorporating an SOA-based phase мodulator / J. Yao, J. Yao, Z. Deng, J. Liu // IEEE Photonics Technology Letters. – 2005. – Vol. 17, № 4. – Р. 756–758.

13. Stable and broad bandwidth multiwavelength fiber ring laser incorporating a highly nonlinear photonic crystal fiber / A. Zhang, H. Liu, M.S. Demokan, H.Y. Tam // IEEE Photonics Technology Letters. – 2005. – Vol. 17, № 12. – Р. 2535–2537.

14. The all-fiber cladding-pumped Yb-doped gain-switched laser / C. Larsen, K.P. Hansen, K.E. Mattsson, O. Bang // Opt. Express. – 2014. – № 22. – Р. 1490–1499.

15. Терентьев В.С., Симонов В.А. Волоконный отражательный интерферометр на основе диэлектрической дифракционной структуры для селекции мод волоконного лазера // Прикладная фотоника. – 2016. – Т. 3, № 3. – С. 321–330.

16. High-order random Raman lasing in a PM fiber with ultimate efficiency and narrow bandwidth / S.A. Babin [et al.] // Sci. Rep. – 2016. – № 6. – Р. 22625. DOI: 10.1038/srep22625

17. Harumoto M., Shigehara M., Suganuma H. Gain-flattening filter using long-period fiber gratings // J. Lightwave Technol. – 2002. – № 20. – Р. 1027.

18. Characteristics of Erbium-doped superfluorescent fiber sources for interferometric sensor applications / P.F. Wysocki, M.J.F. Digonnet, B.Y. Kim, H.J. Shaw // Journal of Lightwave Technology. – 1994. – Vol. 12, № 3. – P. 550–567.

19. Широкополосный волоконный источник инфракрасного излучения на основе высоколегированного Er3+/Yb3+ композитного оптического волокна с накачкой в оболочку / Б.И. Галаган, Б.И. Денкер, О.Н. Егорова, В.А. Камынин, А.А. Поносова, С.Е. Сверчков, С.Л. Семенов, В.Б. Цветков // Прикладная фотоника. – 2016. – Т. 3, № 2. – С. 146–157.