COHERENT ADDITION OF ORTHOGONALLY POLARIZED FIBRE LASERS WITH HIGH COMBINING EFFICIENCY
K. Regelskis, N. Gavrilinas, R. Trusovas, and G. Račiukaitis
Institute of Physics, Center for Physical Sciences and Technology, Savanorių 231, LT-02300 Vilnius, Lithuania
E-mail: regelskis@ar.fi.lt

Received 11 May 2010; revised 3 June 2010; accepted 17 June 2010

We demonstrate a free-space combining of two orthogonally polarized fibre lasers by using polarization selective loss and a common adjustable output coupler. The lasers were locked coherently in phase in such a way that the combined beam experienced a minimal cavity loss. In contrast to a conventional coherent locking scheme due to interference, when combined beams are of the same polarization state, this scheme has the advantage of easy tunability in the output power, providing high combining efficiency even when the power of both fibre lasers is highly imbalanced. A high combining efficiency of the fibre laser beams was achieved by the coherent polarization locking method. In comparing the output power of both free-running fibre lasers with the output power in coherently locked state, it was observed that the combining efficiency exceeded 100%. The output power enhancement was due to the difference in optimal feedback conditions for separate free-running lasers. One laser was additionally seeded from the second laser, and the seeding originated the higher output power of coherently added lasers. The combining efficiency estimated by comparing the output of all optimized lasers was as high as 95.2%. As the resulting combined beam has linear polarization, the approach can be applied for combining a desirable number of fibre lasers.

Keywords: fibre lasers, fibre optics, laser beam combining, laser resonators

DIDELIO NAŠUMO KOHERENTINIS STATMENŲ POLIARIZACIJŲ SKAIDULINIŲ LAZERIŲ SPINDULIUOTĖS SUJUNGIMAS
K. Regelskis, N. Gavrilinas, R. Trusovas, G. Račiukaitis
Fizinių ir technologijos mokslų centro Fizikos institutas, Vilnius, Lietuva

Skaidulinių lazerių pluoštų koherentinis sujungimas yra vienas perspektyviausių būdų, siekiant padidinti spinduliuotės galias, išlaikant lazerių spinduliuotės koherentiškumo savybes. Dauguma koherentinių sujungimo būdų yra pagrįsti lazerių modų sinchronizavimu, panaudojant interferencinius metodus, kuomet interferuoja vienodų poliarizacijų pluoštai. Kitas koherentinio sujungimo būdas yra statmenai poliarizuotų lazeriųmodų sinchronizacija.
Statmenų poliarizacijų skaiduliniai lazeriai buvo sinchronizuojami, panaudojant poliarizacinį pluošto daliklį PBS1 (1 pav.). Jeigu abiejų pluoštų fazės sutampa, sujungtos spinduliuotės poliarizacija yra tiesinė, o orientacija priklauso nuo lazerių galių santykio. Pus ės bangos ilgio plokštele ($\lambda$/2) spinduliuotės poliarizacija buvo orientuojama taip, kad pluoštas be nuostolių galėtų sklisti per toliau esantį poliarizacinį pluošto daliklį PBS2. Derinamo atspindžio išvadinis veidrodis buvo sudarytas iš PBS2, ketvirčio bangos ilgio plokštelės λ/4 ir veidrodžio M3. 3 paveikslėlyje pavaizduota pirmo, antro ir koherentiškai sinchronizuotų lazerių išvadinių galių priklausomybė nuo λ/2 plokštelės, esančios tarp PBS1 ir PBS2, pasukimo kampo. Lyginant koherentiškai sinchronizuotų ir savarankiškai veikiančių lazerių galias nustatyta, kad sujungimo našumas viršija 100%. Kadangi sujungimo našumas negali viršyti 100%, tai manoma, kad veikiant vienam lazeriui, grįžtamasis ryšys buvo šiek tiek per mažas. Pirmas lazeris, veikdamas kartu su antru lazeriu, gauna papildomo stimulo iš kito lazerio ir tokiu būdu koherentiškai sinchronizuoti lazeriai generuoja didesnes galias nei abu savarankiškai veikiantys lazeriai. Lyginant atskirai optimizuotų lazerių išvadines galias (atskirai optimizavus išvadinį veidrodį), sujungimo našumas siekė 95,2%. Kadangi sujungtos spinduliuotės poliarizacija yra tiesinė, metodas leidžia kombinuoti didesnį kiekį skaidulinių lazerių. Pateiktos galimos daugelio lazerių sujungimo schemos.