Pr+Yb:ZBLAN fiber laser in hybrid design

Urszula Zdulska

Abstract

The main aim of this thesis was development and examination of parameters of the all-fiber laser, operating in the visible spectral range, in hybrid design, based on a combination of a praseodymium-doped fluorozirconate active fiber sensitized with ytterbium ions and passive elements made of silica glass. The scope of the thesis included investigation of optical properties of ZBLAN glasses doped with Pr3+ and Yb3+ ions in both bulk and fiber form, determination of the key spectroscopic parameters, elaboration of the Pr+Yb:ZBLAN laser numerical model as well as design, development and testing the properties of the hybrid fiber laser emitting in the visible spectral range. In particular, a comprehensive spectroscopic study of bulk samples of Pr+Yb: ZBLAN differing in dopants concentrations was carried out, including measurements of absorption, emission and excitation spectra as well as fluorescence dynamics profiles of excited states, under different excitations. For the first time for this material, excitation maps for visible emission were measured, using a unique spectroscopic tool – pressure tunable laser diodes complemented with a classic tunable Ti:sapphire laser. The conducted research enabled determination of the optimal set of concentration of active ions dopants and the key spectroscopic parameters, needed to modeling the laser action. The numerical model, based on numerical solutions of rate and propagation equations, was implemented in the Matlab programming environment, enabling analysis of the influence of resonator parameters on the laser action. Taking into account the results of modelling, the laboratory system of the hybrid Pr+Yb:ZBLAN fiber laser in all-fiber geometry, with a DBR resonator was designed, set-up and examined with respect of performance parameters. For the first time in Poland, the lasing at 635 nm with the output power up to 10 mW was obtained in up-conversion pumped Pr+Yb:ZBLAN hybrid fiber laser.
Diploma typeMaster of Science
Author Urszula Zdulska (FEIT / MO)
Urszula Zdulska,,
- The Institute of Microelectronics and Optoelectronics
Title in PolishLaser światłowodowy Pr+Yb:ZBLAN o konstrukcji hybrydowej
Supervisor Ryszard Piramidowicz (FEIT / MO)
Ryszard Piramidowicz,,
- The Institute of Microelectronics and Optoelectronics
Certifying unitFaculty of Electronics and Information Technology (FEIT)
Affiliation unitThe Institute of Microelectronics and Optoelectronics (FEIT / MO)
Study subject / specializationElektronika (Elektronics)
Languagepl polski
StatusFinished
Defense Date22-03-2019
Issue date (year)2019
Reviewers Michał Józwik (FEIT)
Michał Józwik,,
- Faculty of Electronics and Information Technology
, Ryszard Piramidowicz (FEIT / MO)
Ryszard Piramidowicz,,
- The Institute of Microelectronics and Optoelectronics
Keywords in Polishlaser światłowodowy, prazeodym, iterb, szkło ZBLAN, efekt lawinowy
Keywords in Englishfiber laser, praseodymium, ytterbium, ZBLAN glass, photon avalanche effect
Abstract in PolishGłównym celem niniejszej pracy było uruchomienie i zbadanie parametrów lasera całkowicie światłowodowego, pracującego w zakresie widzialnym, o konstrukcji hybrydowej, bazującej na połączeniu fluorocyrkonowego włókna aktywnego, domieszkowanego jonami prazeodymu i sensybilizowanego jonami iterbu oraz elementów pasywnych wykonanych ze szkła krzemionkowego. Zakres pracy obejmował badania spektroskopowe próbek objętościowych i światłowodowych szkła ZBLAN domieszkowanych jonami Pr3+ oraz Yb3+, wyznaczenie kluczowych parametrów spektroskopowych, opracowanie modelu lasera Pr+Yb:ZBLAN oraz zaprojektowanie, uruchomienie i zbadanie właściwości demonstratora hybrydowego lasera światłowodowego na zakres widzialny. W szczególności przeprowadzono wszechstronne badania spektroskopowe zestawu próbek objętościowych Pr+Yb:ZBLAN o różnych koncentracjach jonów aktywnych, obejmujące pomiary charakterystyk absorpcyjnych, emisyjnych, wzbudzeniowych i profili dynamiki fluorescencji stanów wzbudzonych w różnych warunkach pobudzania. Po raz pierwszy dla tego materiału zmierzono mapy wzbudzeń emisji widzialnej, wykorzystując do tego unikatowe narzędzie spektroskopowe – diody laserowe przestrajalne ciśnieniowo oraz klasyczny przestrajalny laser Ti:szafir. Przeprowadzone badania pozwoliły na określenie optymalnego zestawu koncentracji domieszek oraz wyznaczenie kluczowych parametrów spektroskopowych, niezbędnych do modelowania akcji laserowej. W środowisku programistycznym Matlab zaimplementowano model lasera Pr+Yb:ZBLAN, w oparciu o numeryczne rozwiązania równań bilansu i propagacji przeanalizowano wpływ parametrów rezonatora na parametry akcji laserowej. Uwzględniając wyniki modelowania zaprojektowano, a następnie zestawiono i zbadano układ laboratoryjny hybrydowego lasera włóknowego Pr+Yb:ZBLAN w geometrii all-fiber z rezonatorem DBR. W układzie tym uzyskano, po raz pierwszy w Polsce, generację promieniowania o długości fali 635 nm i mocy sięgającej ok. 10 mW przy pobudzaniu promieniowaniem podczerwonym o długości fali 840 nm.
File
Praca_magisterska_Urszula_Zdulska.pdf 6.3 MB
Local fieldsIdentyfikator pracy APD: 32770

Get link to the record

Back