Связное сложение - Coherent addition

Связное сложение (или же последовательное комбинирование) из лазеры один из способов масштабирование мощности. Это позволяет увеличить выходную мощность и яркость однопоперечный режим лазер.

Обычно термин связное сложение относится к волоконные лазеры. Поскольку возможность накачки и / или охлаждения одного лазера исчерпана, несколько одинаковых лазеров могут быть вынуждены колебаться в фазе с общим ответвителем. Когерентное сложение было продемонстрировано в масштабирование мощности из Рамановские лазеры.^[1]

Рисунок 1. Пример когерентного сложения 4-х волоконных лазеров с общим ответвителем.

Пределы связного сложения

Добавление лазеров уменьшает количество продольных мод в выходном пучке; чем больше комбинируется лазеров, тем меньше продольных мод на выходе. Простые оценки показывают, что количество выходных мод экспоненциально уменьшается с количеством комбинированных лазеров. Таким образом можно объединить порядка восьми лазеров.^[2] Будущее увеличение количества комбинированных лазеров требует экспоненциальный рост спектральной ширины полосы усиления и / или длины парциальных лазеров. К такому же выводу можно прийти и на основе более детального моделирования.^[3] На практике сочетание более десяти лазеров с пассивной комбинационной схемой оказывается затруднительным. Однако активное когерентное комбинирование лазеров может масштабироваться до очень большого числа каналов.^[4]

Нелинейное когерентное сложение лазеров

Нелинейные взаимодействия световых волн широко используются для синхронизации лазерных лучей в многоканальных оптических системах. Самонастройка фаз может быть надежно достигнута в матрице светоделителей в виде двоичного дерева и вырожденном четырехволновом смешивании Керра. Фазовое сопряжение^[5] в Усиление чирпированных импульсов экстремально легкие объекты.^[6] Этот ОВФ-интерферометр Майкельсона увеличивает яркость как ${displaystyle N^{2}}$,^[7] куда ${displaystyle N}$ - количество каналов с фазовой синхронизацией.

Связное сложение Тальбота

Конструктивная интерференция из-за самообразования Тальбота заставляет лазеры в матрице синхронизация поперечных мод. В Число Френеля ${displaystyle F}$ одномерного ${displaystyle N-}$ элементный лазерный массив с синхронизацией по фазе Полость Талбота дан кем-то^[8] ${displaystyle F=N^{2}.}$ Для двумерного ${displaystyle N^{2}-}$ элементная матрица лазеров с фазовой синхронизацией по числу Френеля резонатора Тальбо ${displaystyle F}$ масштабируется как ${displaystyle F=N^{2}}$ также. Методы фазовой синхронизации Тальбота применимы к массивам твердотельных лазеров с диодной накачкой на тонких дисках.^[9]

Смотрите также

• Список лазерных статей

Рекомендации

1. А. Сиракава, Т. Сайто, Т. Секигучи и К. Уэда: "Когерентное добавление волоконных лазеров с помощью волоконного соединителя " Оптика Экспресс 10 (2002) 1167–1172
2. Д. Кузнецов, Дж. Ф. Биссон. А. Сиракава, К. Уэда "Пределы когерентного сложения лазеров: простая оценка В архиве 2007-09-27 на Wayback Machine " Оптический обзор Vol. 122005. № 6. С. 445–447. (Также [1].)
3. А.Э. Зигман. Резонансные моды в линейно связанных многомерных волоконных лазерных структурах. Препринт Стэнфордского университета, 2005, 25 страниц;http://www.stanford.edu/~siegman/coupled_fiber_modes.pdf
4. Лео А. Сийман, Вей-цзун Чанг, Тонг Чжоу и Альмантас Галванаускас "Комбинирование когерентных фемтосекундных импульсов нескольких параллельных волоконных усилителей с чирпированными импульсами " Оптика Экспресс 20 (2012) 18097-18116
5. Окулов, А Ю (2014). "Когерентная чирпированная импульсная лазерная сеть с фазовым преобразователем Микельсона". Прикладная оптика. 53 (11): 2302–2311. arXiv:1311.6703. Дои:10.1364 / AO.53.002302.
6. «Нобелевская премия по физике 2018». Нобелевский фонд. Получено 2 октября 2018.
7. Басов, Н Г; Зубарев И Г; Миронов, А Б; Михайлов, С И; Окулов, А Ю (1980). «Лазерный интерферометр с зеркалами, обращающими волновой фронт». Сов. Phys. ЖЭТФ. 52 (5): 847. Bibcode:1980ЖЕТФ..79.1678Б.
8. Окулов, А Ю (1990). «Двумерные периодические структуры в нелинейном резонаторе». JOSA B. 7 (6): 1045–1050. Дои:10.1364 / JOSAB.7.001045.
9. Окулов, А Ю (1993). «Масштабирование твердотельных лазеров с диодной матрицей с накачкой посредством самовоспроизведения». Опт. Comm. 99 (5–6): 350–354. Дои:10.1016/0030-4018(93)90342-3.