СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ ПИКОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ И ЛАЗЕР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2025 года по МПК H01S3/67 

Область техники

Изобретение относится к области лазерной техники, а именно к импульсным пикосекундным иттербиевым волоконным лазерам с длительностью импульсов 1-20 пс, с пассивной синхронизацией мод в петлевом резонаторе, выполненном по схеме с нелинейным усиливающим петлевым зеркалом на основе эффекта Керра.

Уровень техники

Список обозначений

NALM - nonlinear amplifying loop mirror, нелинейное усиливающее петлевое зеркало.

CPA - chirped pulse amplification, усиление чирпированных импульсов.

WDM - wavelength division multiplexing, мультиплексирование со спектральным разделением.

CW - continuous wave, непрерывное излучение.

Лазеры ультракоротких импульсов с длительностью импульсов менее 20 пс широко применяются для решения многих задач, например, в офтальмологии, при микрообработке различных материалов и при решении фундаментальных научных и прикладных задач сверхбыстрых процессов. Полностью волоконный формат лазера по сравнению с лазером на объемных компонентах обеспечивает более высокую надежность, компактность и технологичность изготовления. Ключевым компонентом лазерных систем ультракоротких импульсов является задающий лазер, который, как привило, работает в режиме пассивной синхронизации мод. Среди возможных схем реализации лазера с пассивной синхронизацией мод можно выделить традиционную NALM-схему, схему, которая содержит NALM-зеркало, нелинейное усиливающее петлевое зеркало, образованное петлей волокна с несимметрично расположенным участком активного волокна, по отношению к оптоволоконному разветвителю формата 2×2 (по два волоконных вывода с каждой стороны). По другую сторону разветвителя подключена волоконная петля с однонаправленным оптоволоконным изолятором. Такая, подобная восьмерке, схема петлевого резонатора, содержащего две петли по разные стороны разветвителя формата 2×2, имеет ряд недостатков. Одна из проблем - сложность возбуждения импульсной генерации при старте, при включении излучения накачки активного волокна. Это связано с тем, что характеристика пропускания, как отношение мощностей излучения на выходе и входе NALM-зеркала, в традиционной случае с использованием разветвителя формата 2×2, имеет малую крутизну на начальном участке накачки, т.е. при малых приращениях разности фаз волн на выходе из разветвителя. Это обстоятельство затрудняет возбуждение импульсного режима, т.к. малые флуктуации мощности в непрерывном режиме не будут приводить к заметному увеличению пропускания NALM-зеркала и импульсный режим генерации не будет развиваться из флуктуаций.

В патентном документе KR 20200019326 A предлагается использовать оптоволоконный разветвитель формата 3×3 вместо 2×2 в схеме генерации фемтосекундных импульсов с активным эрбиевым волокном в NALM-зеркале, чтобы решить эту проблему старта - запуска импульсной генерации. Разветвитель формата 3×3 представляет собой компонент, место сплавления со скруткой и растяжением трех одномодовых волокон, имеющий 3 входа, и 3 выхода. Мощность излучения, идущая на любой вход, делится поровну на все 3 выхода. При этом амплитуды волн излучения с двух выходов имеют между собой сдвиг фаз 2π/3 (напомним, что в случае разветвителя формата 2×2 сдвиг фаз π/2). Это приводит к более резкому росту пропускания NALM-зеркала с увеличением уровня накачки, при малом приращении разности фаз волн на выходе из разветвителя, и более значительным флуктуациям оптической мощности в резонаторе. Значит режим импульсной генерации при росте уровня накачки будет иметь меньший порог возбуждения. При этом на практике инициированная генерация может получаться многоимпульсной, т.е. в резонаторе одновременно присутствует более одного импульса. Предпочтительным режимом является режим одноимпульсной генерации, когда в резонаторе распространяется только один импульс. Переход из непрерывного режима генерации к одноимпульсному достигают некоторым подбором уровня накачки активного волокна, но четкой рекомендации нет. Таким образом возникает проблема настройки такого лазера, когда нужно определить необходимый уровень накачки для возбуждения одноимпульсной генерации лазера. Также недостатком является невозможность получить одноимпульсную генерацию в диапазоне длины волны около 1 мкм простой заменой активного волокна с эрбием на активное волокно с иттербием и соответствующей заменой пассивных компонентов, т.к. стандартные пассивные оптические волокна в этом диапазоне длин волн имеют нормальную дисперсию групповых скоростей, что будет приводить к генерации импульсов с сильно изрезанной формой, что делает невозможным сжатие импульсов до фемтосекундной длительности.

В настоящем изобретении решены указанные выше проблемы возбуждения режима одноимпульсной генерации излучения в резонаторе с другим активным волокном - иттербиевым, а также предложена новая оптическая схема с иттербиевым активным волокном в резонаторе, где стандартные пассивные оптические волокна имеют нормальную дисперсию групповых скоростей и невозможно прямое повторение схемы генерации с эрбиевым волокном, где имела место аномальная дисперсия, и в итоге решена проблема с автозапуском режима одноимпульсной генерации при старте лазера с включением накачки активного волокна.

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является разработка нового способа и волоконного пикосекундного лазера с автозапуском генерации излучения в режиме одноимпульсной генерации на основе предложенного способа, где все волокна и волоконные компоненты поддерживают поляризацию излучения. Накачку волоконного петлевого резонатора осуществляют лазерными диодами для достижения мощности излучения на выходе из резонатора в диапазоне 1-1000 мВт. Петлевой резонатор 1 содержит: активное иттербиевое волокно в контуре нелинейного волоконного петлевого зеркала, по одну сторону оптоволоконного разветвителя формата 3×3, а по другую сторону разветвителя, в другом контуре резонатора, имеются волоконный изолятор с полосовым спектральным фильтром на входе для генерации поляризованного излучения. Свободные выводы разветвителя, по одному с каждой стороны, используют для вывода излучения из резонатора, а именно для вывода последовательности одиночных пикосекундных импульсов длительностью 1-20 пс при частоте следования линейно-чирпированных одиночных импульсов в диапазоне от 10-200 МГц на центральной длине волны генерируемого излучения в диапазоне 1020-1080 нм, что определяется центральной длиной волны и полосой пропускания в пределах 2-15 нм используемого полосового спектрального фильтра в резонаторе. Кроме этого, целью является разработка способа, автоматической настройки режима одноимпульсной генерации излучения на выходе лазера посредством микроконтроллера, задающего уровень накачки излучения лазерных диодов управляющим сигналом, осуществляющий мониторинг режима генерации: регистрацию частоты следования импульсов и сигнала на выходе фотоприемного устройства, а также управление уровнем накачки иттербиевого волокна излучением с выхода лазерных диодов для настройки одноимпульсного режима генерации после включения изучения накачки.

Технический результат заключается в следующем:

- обеспечивается пассивная поддержка состояния поляризации в резонаторе с иттербиевым волокном - все использованные волоконно-оптические компоненты пассивно поддерживают состояние поляризации - не требуют ее подстройки;

- достигается низкий порог возбуждения многоимпульсной генерации и при переходе к одноимпульсной генерации в резонаторе с иттербиевым волокном;

- достигается генерация стабильного во времени линейно-поляризованного излучения линейно-чирпированных импульсов пикосекундной длительности;

- автоматическая настройка лазера на режим одноимпульсной генерации излучения при старте с началом накачки иттербиевого волокна.

Предлагается способ генерации пикосекундных лазерных импульсов, отличающийся тем, что в волоконном лазере, с пассивной синхронизацией мод в волоконном петлевом резонаторе, содержащем участок с активным волокном, легированном ионами иттербия, возбуждают одноимпульсный режим генерации при накачке активного волокна излучением лазерных диодов, причем резонатор содержит две волоконные петли по разные стороны оптоволоконного разветвителя формата 3×3, имеющего по 3 волоконных вывода с каждой из двух сторон, любые два из которых с каждой стороны используют для соединения с соответствующей петлей резонатора, а остальные используют для вывода излучения, причем в одной из петель находится участок с активным волокном с ассиметричным его расположением по отношению к разветвителю, а в другой петле обеспечивают однонаправленное распространение и спектральную фильтрацию излучения ионов иттербия, кроме этого, один из выводов излучения используют для контроля выходной мощности и режима излучения при различных уровнях накачки, тогда в этом случае режим одноимпульсной генерации достигают в следующем порядке:

- контролируют на выводе для контроля выходной мощности монотонное увеличение мощности в режиме непрерывной генерации излучения при соответствующем возрастании уровня мощности накачки после ее включения;

- фиксируют первый уровень мощности накачки, когда нарушается монотонный рост выходной мощности в режиме непрерывной генерации излучения и следует ее скачкообразное возрастание, обусловленное переходом в режим многоимпульсной генерации излучения;

- снижают монотонно уровень мощности накачки, вплоть до прекращения генерации излучения, и при этом фиксируют все уровни мощности накачки, где происходит скачкообразное возрастание выходной мощности излучения на выводе для ее контроля;

- снова увеличивают уровень мощность накачки до первого уровня и снижают ее до среднего уровня мощности накачки, который имел место на уже известном ранее предпоследнем участке монотонного уменьшения мощности накачки, на котором и происходит режим одноимпульсной генерации излучения.

Также для осуществления заявленного способа генерации пикосекундных импульсов, предлагается волоконный пикосекундный задающий лазер для генерации излучения в режиме одноимпульсной генерации, причем генерация последовательности импульсов удовлетворяет условиям предложенного способа, содержащий следующие оптоволоконные компоненты:

- разветвитель формата 3×3, по три вывода волокна по разные стороны;

- две волоконные петли резонатора, по одной по разные стороны разветвителя, соединенные с двумя любыми выводами разветвителя с каждой стороны;

- два свободных вывода разветвителя, по одному по разные стороны, для вывода лазерного излучения за пределы резонатора;

- активное волокно, легированное иттербием, которое находится на ограниченном участке петли в одной из петель и расположено ассиметрично по отношению к разветвителю;

- однонаправленный изолятор и полосовой спектральный фильтр на входе изолятора, которые находятся в другой петле;

- лазерные диоды с волоконным выводом излучения для накачки активного волокна и подвода излучения накачки по волокну с любого конца активного волокна: в сердцевину и/или для накачки через оптическую оболочку активного волокна;

- фотоприемное устройство выходной мощности излучения для его приема из любого свободного вывода, с выходным сигналом для регистрации импульсов и средней мощности излучения;

- микроконтроллер, задающий уровень накачки излучения лазерных диодов, осуществляющий мониторинг режима генерации по сигналу на выходе фотоприемного устройства, а также управление уровнем накачки управляющим сигналом для настройки режима одноимпульсной генерации при старте с включением излучения накачки активного волокна.

Другие варианты реализации способа и лазера подробно обсуждаются ниже. Более того, следует понимать, что как вышеизложенная информация, так и последующее подробное описание являются просто иллюстративными примерами различных вариантов осуществления и предназначены для понимания природы и характера заявленных аспектов. Описанное может быть включено по меньшей мере в один вариант осуществления.

Краткое описание чертежей

Чертежи вместе с остальной частью описания служат для пояснения принципов и работы описанных и заявленных аспектов и вариантов реализации. Различные аспекты по меньшей мере одного варианта осуществления обсуждаются ниже со ссылкой на прилагаемые фигуры, которые не предназначены для изображения в масштабе. Фигуры включены для иллюстрации и дальнейшего понимания различных аспектов и вариантов реализации, они включены в данное описание и составляют его часть, но не предназначены для определения ограничений какого-либо конкретного варианта реализации. На фигурах каждый идентичный или почти идентичный компонент, или показанный на различных видах фигуры, обозначен одинаковой цифрой. Для ясности не каждый компонент может быть обозначен на каждой фигуре.

Фиг. 1 - оптическая схема пикосекундного иттербиевого волоконного лазера с накачкой лазерными диодами и автоматической настройкой режима генерации одиночных импульсов при старте с включением накачки активного волокна.

Фиг. 2 - различные режимы генерации при включении уровня накачки по мере ее роста и монотонного падения в последовательности смены режимов: непрерывный, многоимпульсный - «3 импульса», многоимпульсный - «2 импульса», одиночный - « 1 импульс», непрерывный.

Фиг. 3- характеристика пропускания NALM-зеркала с симметричным оптоволоконным разветвителем формата 3×3, который обеспечивает сдвиг фаз волн на 2π/3 на выходах, и ассиметричным разветвителем, когда сдвиг фаз отличается от 2π/3 (случай увеличения крутизны на начальном участке приращения разности фаз - сплошная линия).

Фиг. 4 - спектр излучения в режиме одноимпульсной генерации на экране оптического анализатора спектра.

Фиг. 5 - демонстрация режима одноимпульсной генерации на экране осциллографа.

Подробное описание и примеры осуществления

Для достижения указанной цели предложена оптическая схема (фиг.1) резонатора 1 пикосекундного иттербиевого волоконного лазера с накачкой лазерными диодами 3 и автоматической настройкой режима генерации одиночных импульсов при старте с включением накачки активного волокна 2, которая содержит следующие оптоволоконные компоненты:

- разветвитель 4 формата 3×3, по три вывода волокна по разные стороны;

- две волоконные петли резонатора 1, по одной по разные стороны разветвителя 4, соединенные с двумя любыми выводами разветвителя к каждой стороны;

- два свободных вывода 7, по одному по разные стороны разветвителя 4, для вывода лазерного излучения за пределы резонатора: наружу - 8 и к фотоприемному устройству 12;

- активное волокно 2, легированное иттербием, которое находится на ограниченном участке петли в одной из петель и расположено ассиметрично по отношению к разветвителю 4;

- однонаправленный изолятор 5 и полосовой спектральный фильтр 6 на входе или выходе изолятора, которые находятся в другой петле и служат для генерации линейно-чирпированных одиночных импульсов, пригодных для дальнейшего сжатия на выходе из резонатора;

- лазерные диоды 3 с волоконным выводом излучения для накачки активного волокна и подвода излучения накачки по волокну 13 с любого конца активного волокна 2: в сердцевину и/или для накачки через оптическую оболочку активного волокна;

- фотоприемное устройство 12 выходной мощности излучения для его приема из любого свободного вывода, с выходным сигналом 11 для регистрации импульсов и средней мощности излучения;

- микроконтроллер 9, задающий уровень накачки излучения лазерных диодов 2 по волокну 13 посредством изменения электрического тока, осуществляющий мониторинг режима генерации: мощность излучения, регистрацию частоты следования импульсов в сигнале 11 на выходе фотоприемного устройства 12, а также управление уровнем накачки управляющим сигналом 10 для настройки одноимпульсного режима генерации после включения изучения накачки.

Для настройки режима одноимпульсной генерации излучения следует использовать сигнал с фотоприемного устройства 12 (фотодетектора), которое может быть в виде фотодиода с усилителем, который регистрирует всю или часть выходной мощности излучения из резонатора и сигнал передает в микроконтроллер для анализа характера излучения - непрерывное или импульсное. Стоит отметить, что в режиме многоимпульсной генерации может наблюдаться ситуация, когда оптические импульсы располагаются очень близко друг к другу (несколько десятков пс) и с помощью измерения частоты следования электрических импульсов нельзя надежно отличить одноимпульсный режим от многоимпульсного. Для цели настройки одноимпульсного режима предлагается использовать тот факт, что средний уровень сигнала на фотодетекторе будет испытывать резкий переход от одного режима работы к другому. Например, на фиг.2 представлена последовательность смены режимов работы при включении и росте уровня накачки до появления первого резкого перехода выходной мощности из режима непрерывной генерации (участок CW) к многоимпульсной генерации, которая всегда имеет место при включении и увеличении мощности накачки. Для наглядности на многоимпульсном участке обозначен участок: «3 импульса». Далее по мере монотонного уменьшения мощности накачки снова наблюдается резкий переход к участку, где имеется «2 импульса», и следующий переход обозначен «1 импульс», после которого снова следует участок с непрерывной генерацией. Важно отметить, что участок, где наблюдается режим одноимпульсной генерации излучения предшествует режиму непрерывной генерации на конечной стадии уменьшения уровня мощности накачки. И это взято за основу определения режима одноимпульсной генерации. Предлагаемый способ автонастройки, проиллюстрирован на фиг.2, и выглядит следующим образом:

- контролируют на выводе 7 для контроля выходной мощности монотонное увеличение мощности в режиме непрерывной генерации излучения при соответствующем возрастании уровня мощности накачки после ее включения;

- фиксируют первый уровень мощности накачки, когда нарушается монотонный рост выходной мощности в режиме непрерывной генерации излучения и следует ее скачкообразное возрастание, обусловленное переходом в режим многоимпульсной генерации излучения;

- снижают монотонно уровень мощности накачки, вплоть до прекращения генерации излучения, и при этом фиксируют все уровни мощности накачки, где происходит скачкообразное возрастание выходной мощности излучения на выводе для ее контроля;

- снова увеличивают уровень мощности накачки до первого уровня и снижают ее до среднего уровня мощности накачки, который имел место на уже известном ранее предпоследнем участке монотонного уменьшения мощности накачки, на котором и происходит режим одноимпульсной генерации излучения. Сразу после прекращения генерации и выключения уровня накачки установить предпоследний уровень накачки нельзя, ввиду наличия в резонаторе гистерезиса, и поэтому снова необходимо повторно увеличить мощность накачки и перейти в режим многоимпульсной генерации и, только после этого, установить уже известный уровень средней мощности на участке одноимпульсной генерации.

Предлагается использовать для режима генерации излучения на длине волны излучения ионов иттербия симметричный оптоволоконный разветвитель формата 3×3, обеспечивающий сдвиг фаз волн на 2π/3 на выходах, или ассиметричный разветвитель формата 3×3, обеспечивающий сдвиг фаз, отличающийся от величины 2π/3, такой чтобы асимметрия приводила к увеличению крутизны начального участка характеристики пропускания петли резонатора - NALM-зеркала. На фиг.3 приведены их характеристики пропускания. Стоит отметить, что следует отдавать предпочтение тому ассиметричному разветвителю, у которого характеристика пропускания имеет более крутой участок (сплошная кривая на фиг.3) по сравнению с симметричным случаем (пунктирная кривая на фиг.3) при включении мощности накачки на участке непрерывной генерации CW и ее дальнейшем увеличении - чем больше мощность излучения в резонаторе, тем больше проявляется нелинейность в приращении разности фаз волн в резонаторе, и раньше наступает режим многоимпульсной генерации, а затем и одноимпульсный режим. В этом случае достигается нужный технический результат - низкий порог возбуждения многоимпульсной генерации при переходе к одноимпульсной в резонаторе с иттербиевым волокном.

Предлагаемый способ позволяет осуществлять настройку одноимпульсного режима работа без использования дополнительного сложного оборудования, в том числе без оптического анализатора спектра или счетчика импульсов.

Существенно, что в способе и в волоконном лазере накачку активного волокна осуществляют излучением лазерных диодов по многомодовому волокну, которое находится в контакте с одномодовым активным волокном по всей его длине, и оба волокна имеют общую оптическую оболочку. Такая схема позволяет осуществлять накачку активного волокна без использования дополнительных компонентов, типа объединителя накачки.

Существенно, что в способе и в волоконном лазере активное волокно имеет дополнительную оптическую оболочку, в которую вводят из многомодового волокна излучение накачки, генерируемое лазерными диодами. Такая схема позволяет осуществить более эффективное поглощение излучения накачки многомодового диодного лазера.

Существенно, что в способе и в волоконном лазере используют одномодовую накачку в световедущую сердцевину активного волокна с использованием WDM-фильтрации. Такая схема может обеспечить лучшие шумовые характеристики лазера за счет использования одномодовой накачки вместо многомодовой.

Существенно, что во всех вариантах заявленных способа и лазера обеспечивают однонаправленное распространение и спектральную фильтрацию одной компоненты поляризованного излучения путем использования соответствующих волокон и компонент, поддерживающих состояние поляризации излучения, и в сочетании с полосовым спектральным фильтром достигают генерацию линейно-поляризованного излучения в виде последовательности линейно-чирпированных импульсов на выходе из резонатора. Таким образом, лазер генерирует линейно-поляризованное излучение в виде линейно-чирпированных импульсов, пригодных для дальнейшего сжатия на выходе пикосекундного лазера с использованием инструментальных средств, например с помощью объемной чирпированной брегговской решетки или пары дифракционных решеток. В качестве оптических волокон, поддерживающих состояние поляризации излучения, могут быть использованы, например, волокна типа «Панда» или «Бабочка».

Пример осуществления изобретения

Для осуществления изобретения было собрано устройство в соответствии с Фиг.3. В устройстве использовали:

• активное оптическое волокно, легированное иттербием, типа «двойка», представляющее собой оптическое активное волокно и оптическое многомодовое пассивное волокно, совмещенные вместе и покрытые полимером по всей длине, производства НТО «ИРЭ-Полюс» длиной 1 метр;

• диодный модуль лазерных диодов, управляемых током по команде микроконтроллера, с длиной волны излучения 975 нм с мощностью до 6 Вт, производства IPG Photonics;

• волоконный разветвитель формата 3×3 фирмы Opneti;

• волоконный оптический изолятор производства ООО НТО «ИРЭ-Полюс»;

• волоконный полосовой оптический фильтр с центральной длиной волны 1030 нм и полосой 6 нм.

• фотоприемное устройство - фотодетектор на основе InGaAs фотодиода;

• микроконтроллер серии STM32F407.

• к выходу лазера был дополнительно подсоединен оптический усилитель с коэффициентом усиления 10 дБ для увеличения энергии получаемых импульсов.

Устройство обеспечивало стабильную работу в одноимпульсном режиме после калибровки под управлением микроконтроллера по описанному выше способу. Уровень накачки задавался уровнем тока лазерных диодов. Частота следования импульсов составляла 60 МГц, центральная длина волны излучения - 1030 нм, ширина спектра - 20 нм, энергия импульса - 2,5 нДж, средняя мощность - 150 мВт.

Промышленное применение

Предложенные способ и пикосекундный лазер на длине волны генерации ионов иттербия могут быть использованы для создания лазерных систем с усилением в активных средах, легированных иттербием, которые хорошо себя зарекомендовали в применениях, где требуются высокие мощности. Т.к. стандартные оптические волокна в этом спектральном диапазоне имеют нормальную дисперсию групповых скоростей, в схеме лазера дополнительно использовался спектральный полосовой фильтр, который необходим, чтобы лазер генерировал линейно-чирпированные оптические импульсы, пригодные для последующего сжатия. Данное изобретение можно использовать как самостоятельный источник импульсного излучения ультракороткой длительности, так и часть системы для последующего усиления, например, в CPA-схеме - в схеме усиления чирпированных импульсов для их сжатия до фемтосекундной длительности импульсов с длиной волны излучения 1020-1080 нм. Такие системы в свою очередь могут быть использованы в промышленности для микро-обработки различных материалов, медицине и для проведения различных исследований.

Изобретение относится к области лазерной техники, а именно к импульсным пикосекундным волоконным лазерам. Для реализации способа генерации пикосекундных импульсов обеспечивают автоматический запуск лазера: контролируют на выводе для контроля выходной мощности монотонное увеличение мощности в режиме непрерывной генерации при соответствующем возрастании уровня мощности накачки после её включения; фиксируют первый уровень мощности накачки, когда нарушается монотонный рост выходной мощности в режиме непрерывной генерации и следует её скачкообразное возрастание; снижают монотонно уровень мощности накачки, до прекращения генерации, фиксируют все уровни мощности накачки, где происходит скачкообразное возрастание выходной мощности на выводе для её контроля; увеличивают уровень мощности накачки до первого уровня и снижают ее до среднего уровня мощности накачки, который имел место на уже известном ранее предпоследнем участке монотонного уменьшения мощности накачки, на котором и происходит режим одноимпульной генерации. Технический результат - пассивная поддержка поляризации, низкий порог возбуждения генерации, стабильное линейно-поляризованное излучение пикосекундных импульсов. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ генерации пикосекундных лазерных импульсов, отличающийся тем, что в волоконном лазере с пассивной синхронизацией мод в волоконном петлевом резонаторе, содержащем участок с активным волокном, легированном ионами иттербия, возбуждают одноимпульсный режим генерации при накачке активного волокна излучением лазерных диодов, причём резонатор содержит две волоконные петли по разные стороны оптоволоконного разветвителя формата 3×3, имеющего по 3 волоконных вывода с каждой из двух сторон, любые два из которых с каждой стороны используют для соединения с соответствующей петлёй резонатора, а остальные используют для вывода излучения, причём в одной из петель находится участок с активным волокном с ассиметричным его расположением по отношению к разветвителю, а в другой петле обеспечивают однонаправленное распространение и спектральную фильтрацию излучения ионов иттербия, кроме этого, один из выводов излучения используют для контроля выходной мощности и режима излучения при различных уровнях накачки, тогда в этом случае режим одноимпульсной генерации достигают в следующем порядке:

- контролируют на выводе для контроля выходной мощности монотонное увеличение мощности в режиме непрерывной генерации излучения при соответствующем возрастании уровня мощности накачки после её включения;

- фиксируют первый уровень мощности накачки, когда нарушается монотонный рост выходной мощности в режиме непрерывной генерации излучения и следует её скачкообразное возрастание, обусловленное переходом в режим многоимпульсной генерации излучения;

- снижают монотонно уровень мощности накачки, вплоть до прекращения генерации излучения, и при этом фиксируют все уровни мощности накачки, где происходит скачкообразное возрастание выходной мощности излучения на выводе для её контроля;

- снова увеличивают уровень мощность накачки до первого уровня и снижают ее до среднего уровня мощности накачки, который имел место на уже известном ранее предпоследнем участке монотонного уменьшения мощности накачки, на котором и происходит режим одноимпульной генерации излучения.

2. Способ генерации пикосекундных лазерных импульсов по п.1, в котором используется симметричный оптоволоконный разветвитель формата 3×3, обеспечивающий сдвиг фаз волн на 2π/3 на выходах, или ассиметричный разветвитель формата 3×3, обеспечивающий сдвиг фаз, отличающийся от величины 2π/3.

3. Способ генерации пикосекундных лазерных импульсов по п.1, в котором на выходе из резонатора длительность импульса излучения находится в диапазоне 1-20 пс при частоте следования одиночных импульсов в диапазоне 10-200 МГц, которая определяется как обратная величина времени прохода резонатора импульсом, а центральная длина волны генерируемого излучения находится в диапазоне 1020-1080 нм, что определяется центральной длиной волны и полосой пропускания в пределах 2-15 нм используемого спектрального фильтра для спектральной фильтрации.

4. Способ генерации пикосекундных лазерных импульсов по п.1, в котором накачку активного волокна осуществляют излучением лазерных диодов по многомодовому волокну, которое находится в контакте с одномодовым активным волокном по всей его длине, и оба волокна имеют общую оптическую оболочку.

5. Способ генерации пикосекундных лазерных импульсов по п.1, в котором активное волокно имеет дополнительную оптическую оболочку, в которую вводят из многомодового волокна излучение накачки, генерируемое лазерными диодами.

6. Способ генерации пикосекундных лазерных импульсов по п.1, в котором используют одномодовую накачку в световедущую сердцевину активного волокна с использованием WDM-фильтрации.

7. Способ генерации пикосекундных лазерных импульсов по любому из пп.1-6, в котором обеспечивают однонаправленное распространение и спектральную фильтрацию одной компоненты поляризованного излучения путём использования соответствующих волокон и компонент, поддерживающих состояние поляризации излучения, в результате чего лазер генерирует линейно-поляризованное излучение в виде линейно-чирпированных импульсов.

8. Волоконный пикосекундный лазер для генерации излучения в режиме одноимпульсной генерации с автозапуском на основе последовательности действий, изложенной в способе по п.1, содержащий следующие оптоволоконные компоненты:

- разветвитель формата 3×3, по три вывода волокна по разные стороны;

- две волоконные петли резонатора, по одной по разные стороны разветвителя, соединенные с двумя любыми выводами разветвителя к каждой стороны;

- два свободных вывода разветвителя, по одному по разные стороны, для вывода лазерного излучения за пределы резонатора;

- активное волокно, легированное иттербием, которое находится на ограниченном участке петли в одной из петель и расположено ассиметрично по отношению к разветвителю;

- однонаправленный изолятор и полосовой спектральный фильтр на входе или выходе изолятора, которые находятся в другой петле;

- лазерные диоды с волоконным выводом излучения для накачки активного волокна и подвода излучения накачки по волокну с любого конца активного волокна: в сердцевину и/или для накачки через оптическую оболочку активного волокна;

- фотоприёмное устройство выходной мощности излучения для его приёма из любого свободного вывода, с выходным сигналом для регистрации импульсов и средней мощности излучения;

- микроконтроллер, задающий уровень накачки излучения лазерных диодов, осуществляющий мониторинг режима генерации по сигналу на выходе фотоприёмного устройства, а также управление уровнем накачки управляющим сигналом для автоматической настройки режима одноимпульсной генерации при старте с включением излучения накачки активного волокна.

9. Волоконный пикосекундный лазер по п.8, в котором используют симметричный волоконный разветвитель формата 3×3, обеспечивающий сдвиг фаз волн на 2π/3 между волнами на выходах, или ассиметричный волоконный разветвитель формата 3×3, обеспечивающий сдвиг фаз, отличающийся от величины 2π/3, такой чтобы асимметрия приводила к увеличению крутизны начального участка характеристики пропускания петли резонатора.

10. Волоконный пикосекундный лазер по п.8, в котором на выходе из резонатора длительность импульса излучения находится в диапазоне 1-20 пс при частоте следования одиночных импульсов в диапазоне 10-200 МГц, которая определяется как обратная величина времени прохода резонатора импульсом, а центральная длина волны генерируемого излучения находится в диапазоне 1020-1080 нм, что определяется центральной длиной волны и полосой пропускания в пределах 2-15 нм используемого спектрального фильтра для спектральной фильтрации.

11. Волоконный пикосекундный лазер по п.8, в котором накачку активного волокна осуществляют излучением лазерных диодов по многомодовому волокну, которое находится в контакте с одномодовым активным волокном по его длине, и оба волокна имеют общую оптическую оболочку.

12. Волоконный пикосекундный лазер по п.8, в котором активное волокно имеет дополнительную оптическую оболочку, в которую вводят излучение из многомодового волокна накачки, генерируемое лазерными диодами.

13. Волоконный пикосекундный лазер по п.8, в котором используют одномодовую накачку в световедущую сердцевину активного волокна с использованием WDM-фильтра.

14. Волоконный пикосекундный лазер по любому из пп.8-13, в котором обеспечивают однонаправленное распространение и спектральную фильтрацию одной компоненты поляризованного излучения путём использования соответствующих волокон и компонент, поддерживающих состояние поляризации излучения, и в сочетании с полосовым спектральным фильтром достигают генерацию линейно-поляризованного излучения в виде последовательности линейно-чирпированных импульсов на выходе из резонатора.