Последовательное сложение

Когерентное сложение (или когерентное объединение ) лазеров . это метод масштабирования мощности . Это позволяет увеличить выходную мощность и яркость однопоперечного лазера.

Обычно термин «когерентное сложение» применяется к волоконным лазерам . Поскольку способность накачки и/или охлаждения одного лазера насыщается, несколько подобных лазеров можно заставить колебаться в фазе с помощью общего ответвителя. Первая нелинейная теория когерентного сложения лазерных наборов была разработана Николаем Басовым с сотрудниками в 1965 году. ^[1] Для Nd:YAG лазера комбинация лучей была реализована с помощью фазовращающего зеркала SBS. ^[2] Когерентное сложение было продемонстрировано при масштабировании мощности рамановских лазеров . ^[3]

Рис.1. Пример когерентного объединения 4-х волоконных лазеров с общим ответвителем.

Пределы когерентного сложения

Добавление лазеров уменьшает количество продольных мод в выходном пучке; чем больше лазеров объединено, тем меньше число продольных мод в выходе. Простые оценки показывают, что количество выходных мод экспоненциально уменьшается с увеличением количества объединенных лазеров. Таким образом можно объединить порядка восьми лазеров. ^[4] Будущее увеличение числа комбинированных лазеров требует экспоненциального роста спектральной полосы усиления и/или длины частичных лазеров. Тот же вывод можно сделать и на основе более детального моделирования. ^[5] На практике объединение более десяти лазеров с помощью пассивного суммирующего устройства оказывается затруднительным. Однако активное когерентное объединение лазеров потенциально может масштабироваться до очень большого количества каналов. ^[6]

Нелинейное когерентное сложение лазеров

Нелинейные взаимодействия световых волн широко используются для синхронизации лазерных лучей. в многоканальных оптических системах. Саморегулировка фаз может быть надежно достижима в массиве светоделителей в виде двоичного дерева и вырожденном четырехволновом смешении. Керр. ОВФ. ^[7] в Чирпированных импульсных усилениях экстремальных световых установок. ^[8] Этот ОВФ-интерферометр Майкельсона увеличивает яркость как $N^{2}$ , ^[9] где $N$ — количество каналов с фазовой синхронизацией.

Когерентное сложение Тэлбота

Конструктивная интерференция из-за самоизображения Тальбота вынуждает лазеры в массиве синхронизировать поперечные моды . Число Френеля $F$ одномерного $N-$ элемент лазерной решетки, синхронизированный по фазе резонатором Тальбота, определяется выражением ^[10] $F=N^{2}.$ Для двумерного $N^{2}-$ элементная лазерная матрица с фазовой синхронизацией по резонатору Тальбота число Френеля $F$ масштабируется как $F=N^{2}$ также. Методы фазовой синхронизации Тальбота применимы к матрицам твердотельных лазеров с тонкой дисковой диодной накачкой. ^[11]

Полевые применения комбинации балок

Комбинация лазерных лучей из десятков волоконных лазеров посредством мультиспектральной техники с уровнем выходной мощности 50 кВт была реализована в лазерной системе Dragonfire (оружия) с перспективным размещением на борту будущих военных кораблей Королевского флота , британской армии бронетехники и истребителей Королевских ВВС . включая BAE Systems Tempest .

Список лазерных статей

Ссылки

^ Басов Н.Г.; Беленов Е.М.; Летохов, В.С. (1965). «Дифракционная синхронизация лазеров». Сов. Физ.-техн. Физ . 10 (2): 845. дои : 10.1117/12.160374 . S2CID 110333595 .
^ Бауэрс, МВт; Бойд, RW; Ханкла, АК (1997). «Обратное зеркало с четырехволновым вектором смешения и возможностью объединения лучей» с усилением Бриллюэна. Оптические письма . 22 (6): 360–362. Бибкод : 1997OptL...22..360B . дои : 10.1364/OL.22.000360 . ПМИД 18183201 . S2CID 25530526 .
^ А. Сиракава, Т. Сайто, Т. Секигути и К. Уэда: « Когерентное добавление волоконных лазеров с помощью волоконного соединителя » Optics Express 10 (2002) 1167–1172
^ Д. Кузнецов, Дж. Ф. Биссон. А. Сиракава, К. Уэда « Пределы когерентного добавления лазеров: простая оценка. Архивировано 27 сентября 2007 г. в Wayback Machine » . Optical Review Vol. 12 , № 6, 445–447 (2005). (Также [1] .)
^ А.Э.Зигман. Резонансные моды линейно связанных многоволоконных лазерных структур.Препринт Стэнфордского университета, 2005 г., 25 страниц; http://www.stanford.edu/~siegman/coupled_fiber_modes.pdf
^ Лео А. Сийман, Вэй-цунг Чанг, Тонг Чжоу и Альмантас Гальванаускас, « Комбинация когерентных фемтосекундных импульсов нескольких параллельных импульсных волоконно-оптических усилителей » Optics Express 20 (2012) 18097-18116
^ Окулов, А Ю (2014). «Лазерная сеть когерентных чирпированных импульсов с фазовым сопряжением Микельсона». Прикладная оптика . 53 (11): 2302–2311. arXiv : 1311.6703 . Бибкод : 2014ApOpt..53.2302O . дои : 10.1364/AO.53.002302 . ПМИД 24787398 . S2CID 118343729 .
^ «Нобелевская премия по физике 2018» . Нобелевский фонд . Проверено 2 октября 2018 г.
^ Басов Н.Г.; Зубарев И.Г.; Миронов А.Б.; Михайлов С.И.; Окулов, А Ю (1980). «Лазерный интерферометр с зеркалами, обращающими волновой фронт». Сов. Физ. ЖЭТФ . 52 (5):847. Бибкод : 1980ЖЭТФ..79.1678Б .
^ Окулов, А Ю (1990). «Двумерные периодические структуры в нелинейном резонаторе». ЖОСА Б. 7 (6): 1045–1050. Бибкод : 1990JOSAB...7.1045O . дои : 10.1364/JOSAB.7.001045 .
^ Окулов, А Ю (1993). «Масштабирование твердотельных лазеров с диодной накачкой посредством самоизображения». Опция Коммун . 99 (5–6): 350–354. Бибкод : 1993OptCo..99..350O . дои : 10.1016/0030-4018(93)90342-3 .

[Basov,_N_G_1965-1] Басов Н.Г.; Беленов Е.М.; Летохов, В.С. (1965). «Дифракционная синхронизация лазеров». Сов. Физ.-техн. Физ . 10 (2): 845. дои : 10.1117/12.160374 . S2CID 110333595 .

[Boyd,_R_W_1997-2] Бауэрс, МВт; Бойд, RW; Ханкла, АК (1997). «Обратное зеркало с четырехволновым вектором смешения и возможностью объединения лучей» с усилением Бриллюэна. Оптические письма . 22 (6): 360–362. Бибкод : 1997OptL...22..360B . дои : 10.1364/OL.22.000360 . ПМИД 18183201 . S2CID 25530526 .

[3] А. Сиракава, Т. Сайто, Т. Секигути и К. Уэда: « Когерентное добавление волоконных лазеров с помощью волоконного соединителя » Optics Express 10 (2002) 1167–1172

[kouz05-4] Д. Кузнецов, Дж. Ф. Биссон. А. Сиракава, К. Уэда « Пределы когерентного добавления лазеров: простая оценка. Архивировано 27 сентября 2007 г. в Wayback Machine » . Optical Review Vol. 12 , № 6, 445–447 (2005). (Также [1] .)

[tony-5] А.Э.Зигман. Резонансные моды линейно связанных многоволоконных лазерных структур.Препринт Стэнфордского университета, 2005 г., 25 страниц; http://www.stanford.edu/~siegman/coupled_fiber_modes.pdf

[6] Лео А. Сийман, Вэй-цунг Чанг, Тонг Чжоу и Альмантас Гальванаускас, « Комбинация когерентных фемтосекундных импульсов нескольких параллельных импульсных волоконно-оптических усилителей » Optics Express 20 (2012) 18097-18116

[Okulov,_A_Yu_2014-7] Окулов, А Ю (2014). «Лазерная сеть когерентных чирпированных импульсов с фазовым сопряжением Микельсона». Прикладная оптика . 53 (11): 2302–2311. arXiv : 1311.6703 . Бибкод : 2014ApOpt..53.2302O . дои : 10.1364/AO.53.002302 . ПМИД 24787398 . S2CID 118343729 .

[N18-8] «Нобелевская премия по физике 2018» . Нобелевский фонд . Проверено 2 октября 2018 г.

[Okulov,_A_YU_1980-9] Басов Н.Г.; Зубарев И.Г.; Миронов А.Б.; Михайлов С.И.; Окулов, А Ю (1980). «Лазерный интерферометр с зеркалами, обращающими волновой фронт». Сов. Физ. ЖЭТФ . 52 (5):847. Бибкод : 1980ЖЭТФ..79.1678Б .

[Okulov,_A_Yu_1990-10] Окулов, А Ю (1990). «Двумерные периодические структуры в нелинейном резонаторе». ЖОСА Б. 7 (6): 1045–1050. Бибкод : 1990JOSAB...7.1045O . дои : 10.1364/JOSAB.7.001045 .

[Okulov,_A_Yu_1993-11] Окулов, А Ю (1993). «Масштабирование твердотельных лазеров с диодной накачкой посредством самоизображения». Опция Коммун . 99 (5–6): 350–354. Бибкод : 1993OptCo..99..350O . дои : 10.1016/0030-4018(93)90342-3 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]