Экспериментальное исследование и моделирование условий генерации лазера с распределенной обратной связью в активном эрбиевом оптическом волокне
Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, FSER-2024-0006
Моор Я.Д.1, Куликов А.В.1, Аржаненкова А.Н.1, Коннов К.А.1, Мирошниченко Г.П.1
1Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия

Email: moorid@itmo.ru, avkulikov@itmo.ru, anarzhanenkova@itmo.ru, kakonnov@itmo.ru, gpmiroshnichenko@itmo.ru
Поступила в редакцию: 1 ноября 2025 г.
В окончательной редакции: 27 января 2026 г.
Принята к печати: 4 февраля 2026 г.
Выставление онлайн: 3 апреля 2026 г.
Представлены результаты экспериментального исследования и математического моделирования условий генерации волоконного лазера с распределенной обратной связью на основе волоконной брэгговской решетки, индуцированной в активное оптическое волокно, легированное ионами эрбия, длиной 50, 60, 65 и 70 mm. Изучено влияние параметров оптического волокна на стабильность и характеристики лазерной генерации. Показано, что для достижения стабильной одночастотной генерации необходим достаточный параметр усиления активной среды, что подтверждено экспериментами с оптическими волокнами FiberCore I-25, I-12 и M-12. Экспериментально обнаружено и объяснено с помощью разработанной математической модели расщепление спектра генерации при длине волоконной брэгговской решетки 70 mm. Моделирование, основанное на системе уравнений взаимодействующих мод с учетом спонтанного шума, продемонстрировало, что введение малого чирпирования (ξ=4.3·10-3 nm/cm) в структуру волоконной брэгговской решетки стабилизирует длину волны пика усиленного спонтанного излучения - начального этапа лазерной генерации, аналогично использованию π-фазового сдвига. Результаты работы важны для разработки высокостабильных одночастотных лазеров с распределенной обратной связью, применяемых в высокоточных сенсорных системах и оптической связи. Ключевые слова: лазер с распределенной обратной связью (РОС-лазер), волоконная брэгговская решетка, активное оптическое волокно, лазерная генерация, метод фазовой маски с трансляцией лазерного пучка, математическое моделирование усиленного спонтанного излучения.
- М.И. Скворцов. Исследование волоконных лазеров на основе регулярной и случайной распределенной обратной связи на структурах, сформированных методом фемтосекундной поточечной записи. Автореф. канд. дис. (ИАИЭ СО РАН, Новосибирск, 2024). [Электронный ресурс]. URL: https://www.iae.nsk.su/images/ stories/4_Education/3_DisSovet/ 250228/ Автореферат_Скворцов_Михаил_Игоревич.pdf
- I.A. Nechepurenko, A.V. Dorofeenko, O.V. Butov. Optics Express, 29 (9), 13657 (2021). DOI: 10.1364/OE.418262
- W. Sun, J. Shi, Y. Yu, X. Feng. Optics Continuum, 4 (2), 334 (2021). DOI: 10.1364/OSAC.414523
- X. Zhang, F. Zhang, Sh. Jiang, L. Min, M. Li, G. Peng, J. Ni, Ch. Wang., 7 (4), 325--328 (2017). DOI: 10.1007/s13320-017-0453-x
- M.I. Skvortsov, A.A. Wolf, A.A. Vlasov, K.V. Proskurina, A.V. Dostovalov, O.N. Egorova, B.I. Galagan, S. Sverchkov, B.I. Denker, S. Semjonov, S.A. Babin. Scientific Reports, 10 (1), 14487 (2020). DOI: 10.1038/s41598-020-71432-w
- Спецификация FiberCore I-25(980/125). [Электронный ресурс]. URL: https://fibercore.humaneticsgroup.com/ products/doped-fiber/erbium-doped-fiber-isogain/l-band-c-band-erbium-doped-fibers/i-25980125
- V. Yakimuk, S. Varzhel, I. Moor, Y.I. Yandybaeva, U. Korobkova, V. Klishina, A. Kulikov. Optik, 323, 172216 (2025). DOI: 10.1016/j.ijleo.2025.172216
- Я.Д. Моор, А.В. Куликов, Д.А. Коннов, К.А. Коннов, И.А. Веремеенко, В.В. Савин. Оптический журнал, 92 (3), 40--47 (2025). [Ia.D. Moor, A.V. Kulikov, D.A. Konnov, K.A. Konnov, I.A. Veremeenko, V.V. Savin. J. Optical Technology, 92 (3), 165--169 (2025). DOI: 10.1364/JOT.92.000165]
- Спецификация FiberCore I-12(980/125). [Электронный ресурс]. URL: https://fibercore.humaneticsgroup.com/ products/doped-fiber/erbium-doped-fiber-isogain/cl-band-erbium-doped-fibers/i-12980125
- Спецификация FiberCore M-12(980/125). [Электронный ресурс]. URL: https://www.thorlabs.com/drawings/ 174096f82f971055-DC3EBC20-0F1B-D1C7-5918FC55A8D51D87/M12-980-125-MFGSpec.pdf
- R. Kashyap. Fiber Bragg Gratings, 2nd ed. (Academic Press, 2010)
- D. Marcuse. Theory of Dielectric Optical Waveguides, 2nd ed. (Academic Press, 1991)
- T. Erdogan. J. Lightwave Technology, 15 (8), 1277--1294 (1997). DOI: 10.1109/50.61832