Fiber lasers may exhibit instabilities and self-pulsed regimes that can have catastrophic consequences on their components. One of the self-pulsing regimes is the recently observed self-induced laser line sweeping (SLLS). The SLLS is characterized by periodic wavelength drift over broad spectral interval of several nanometers followed by quick bounce backward. The sweeping rate is relatively slow, of the order of nm per second. Thanks to narrow line width and simple construction, the SLLS fiber lasers are attractive sources for testing of photonics components, interrogation of optical fiber sensor arrays and for laser spectroscopy. The SLLS can be explained by creation of a standing wave built up by laser longitudinal mode and consequent spatial-hole burning and refractive-index grating inscription. We review an evaluation of reflection spectra of transient fiber Bragg gratings that are created in SLLS fiber lasers. The evaluation is shown using example of ytterbium fiber laser in Fabry-Perot configuration of the laser cavity. We discuss also the effect of the laser wavelength self-sweeping on the triggering of the self-Q-switched regime and the generation of giant laser pulses. and Vláknové lasery mohou vykazovat nestabilní pulzní režimy. Jedním z režimů se samovolnou generací impulzů je nedávno pozorovaný jev spontánního rozmítání vlnové délky vláknového laseru. Tento jev je doprovázen charakteristickým periodickým posunem vlnové délky laseru v širokém rozsahu vlnových délek několika nanometrů. Rychlost rozmítání je relativně pomalá, řádově nanometry za sekundu. Díky úzké šířce čáry a jednoduché konstrukci jsou tyto lasery atraktivními zdroji záření, mj. pro systémy optických vláknových senzorů, charakterizaci optických komponent a laserovou spektroskopii. Samovolné rozmítání vlnové délky lze vysvětlit vytvořením stojaté vlny určené podélným módem rezonátoru. Vznik stojaté vlny vede k podélné modulaci indexu lomu - zápisu mřížky. V tomto příspěvku podáváme shrnutí dosud prezentovaných prací týkajících se modelování odrazivosti braggovských mřížek ve vláknových laserech se spontánním rozmítáním vlnové délky. Popisujeme experimentální ytterbiový vláknový laser s tímto typem nestability, následovaný teoretickým popisem braggovské mřížky a ukázkou výpočtu odrazivosti pro laser odpovídající experimentu. Je též diskutován význam spontánního rozmítání na spouštění režimu samočinného Q-spínání a generaci gigantických laserových pulzů.
Optical fiber sensors can bring many advantages to biological, medical or environmental applications. They offer small size, immunity to electro-magnetic field and limited unwanted interaction with measured sample. One of the key parameters monitored in biological systems is the acidity of environment expressed as pH. The article deals with development of an optical pH-sensor with tapered fiber probes. The principle of the sensor is based on measurement of fluorescence emission of hydroxypyrene-1,3,6-pyrene trisulfonic acid trisodium salt (HPTS, pyranine) at two different excitation wavelengths (405 nm and 450 nm). The sensor was sensitive to pH in range from 5.5 to 7.5 with resolution of ± 0.15 pH unit and the tapered fiber probes allowed in-vivo measurement in microscopic biological samples. and Optické vláknové senzory mohou přinést řadu výhod při využití v oblastech biologie, medicíny či v ochraně životního prostředí. Vyznačují se malými rozměry a odolností vůči elektromagnetickému poli, přičemž nežádoucí ovlivnění měřených vzorků je u nich též velmi omezeno. Jedním z důležitých parametrů sledovaných u biologických systémů je kyselost prostředí, vyjádřená jako pH. Článek popisuje vývoj optického pH -senzoru využívajícího zúžené vláknové sondy. Princip měření je založen na sledování emise fluorescence sodné soli kyseliny hydroxypyren-1,3,6-pyrentrisulfonové (pyranin) při excitaci dvěma odlišnými vlnovými délkami (405 nm a 450 nm). Senzor vykazoval citlivost na pH v rozsahu od 5,5 do 7,5, přičemž dosažené rozlišení činilo ±0,15 pH jednotky. Použití zúžených vláknových sond pak umožnilo in-vivo měření v mikroskopických biologických vzorcích.
The paper presents selected activities of the Institute of Photonics and Electronics in the field of preparation of nanoparticle-doped active optical fibers. Nanoparticle-doped optical fibers were prepared by ''in-situ'' crystallization of dopants during the thermal processing of the fibers and by embedding the ''off-line'' generated nanoparticles into the core of the fibers. The background losses of the fibers prepared by the ''off-line'' method were significantly lowered. ''Off-line'' deposition of Tm-doped alumina nanoparticles extended the luminescence lifetime of 30 % up to 674 ms comparing with the fibers doped with ''in-situ'' formed nanoparticles. Selected erbium-doped fiber prepared by the ''off-line'' deposition was tested as the active medium in a fiber-ring laser. and Článek popisuje vybrané činnosti Ústavu fotoniky a elektroniky, v.v.i. v oblasti přípravy aktivních vláken dopovaných nanočásticemi. Nanočásticemi dopovaná vlákna byla připravena metodou ''in-situ'', která spočívá v řízené krystalizaci dopantů v průběhu tepelného zpracování vláken. Druhá metoda ''off-line'' spočívala v dopování vláken již připravenými nanokrystaly. Optická vlákna připravená metodou ''off-line'' vykazovala nižší základní útlum. V případě, kdy byly do vlákna naneseny ''off-line'' připravené nanokrystaly aluminy dopované thuliem bylo pozorováno prodloužení luminescence na hodnotu 674 ms, což je o 30 % více než u srovnatelného vlákna, u kterého byly nanokrystaly vytvořeny metodou ''in-situ'', tedy řízenou krystalizací dopantů. Vybrané optické vlákno dopované erbiem bylo testováno jako aktivní prostředí v kruhovém vláknovém laseru.
The paper deals with progress in the field of preparation of preforms for drawing of optical fibres by the MCVD method. ''Groundbreaking achievements concerning the transmission of light in fibers for optical communication'' were appreciated in 2009 by the Nobel prize for K. C. Kao and this paper comes from experience acquired in this field. Attention is focused namely at novel materials and fiber structures and their preparation in the field of special optical fibers for fiber amplifiers, lasers and sensors. and Článek se zabývá pokroky v oblasti přípravy preforem pro tažení optických vláken metodou MCVD. Vychází z historických poznatků při přípravě telekomunikačních vláken, které přispěly k významnému pokroku v oboru, za jehož rozvoj získal K. C. Kao v roce 2009 Nobelovu cenu. Pozornost je soustředěna zejména na nové materiály a vláknové struktury a postupy jejich přípravy z oblasti speciálních vláken pro vláknové zesilovače, lasery a sensory.
The paper deals with latest trends in the field of optical fibers namely from point of view of technology and follows the overview of history published elsewhere in this issue of Fine mechanics and optics. It summarizes results recently achieved in the Institute of photonics and electronics ASCR in the field of fiber sensors and namely of fiber lasers. Amplification modules, fiber lasers and ASE sources based on ytterbium, thulium or holmium optical fibers of conventional or double-clad structures produced conventionally or using nanotechnologies can be named among others and Článek se zabývá současnými trendy v oblasti optických vláken, zejména z pohledu jejich technologie, a navazuje na historický přehled uvedený v tomto čísle časopisu Jemná mechanika a optika. Shrnuje výsledky dosažené v Ústavu fotoniky a elektroniky AVČR v oblasti vláknových sensorů a zejména vláknových laserů v poslední době. Mezi nimi lze jmenovat zesilovací moduly, vláknové lasery a ASE zdroje založené na ytterbiových, thuliových a holmiových vláknech klasického nebo dvouplášťového typu vyrobených tradičním způsobem nebo pomocí nanočásticových technologií.
The article presents a method of pH measurement of aqueous humour during cataract surgery. The method uses a fiber optic sensor with immobilized fluorescent dye. A functional sample of fiber optic pH meter was used for measurements, developed in cooperation of the Institute of Photonics and Electronics, Academy of Sciences of the Czech Republic, v.v.i., Safibra, s.r.o. and SQS Vláknová optika a.s. The accuracy of determined pH values was 0.04 pH unit or better. and V článku je prezentována metodika měření nitrooční tekutiny během operace katarakty (šedého zákalu), která je založena na použití vláknově optického senzoru s imobilizovaným fluorescenčním barvivem. K měření byl použit funkční vzorek vláknově optického pH metru vyvinutý ve spolupráci Ústavu fotoniky a elektroniky, Akademie věd ČR, v.v.i., Safibra, s.r.o. a SQS Vláknová optika a.s. Hodnoty pH byly stanoveny s přesností 0,04 nebo lepší.
Fiber lasers and amplifiers have been developed as magnificent alternative to traditional solid-state or gas lasers. They are effectively employed for low-power applications, e.g. in metrology or in medicine, as well as for high-power applications like industrial splicing, cutting, or welding. Special optical fibers based on silica or soft optical glasses are heart of the fiber lasers. This paper deals with special silica-based optical fibers doped with thulium and/or holmium ions for amplified spontaneous emission (ASE) sources operating around 2 μm. Pretty versatile method of fiber preparation was elaborated making ones possible fabrication of single-mode or double-clad fibers with core modified with Al2 O3 or P2 O5 up to 14 mol % and doped with rare-earth ions (Tm3+, Ho3+, Er3+, Eu3+, Dy3+, Yb3+, Sm3+) in the range of 102 ppm - 104 ppm. This method is suitable also for doping the fiber core with nanoparticles. Such fibers can be employed for preparation of high-power fiber lasers and/or stable ASE sources in infrared region. This kind of sources was demonstated in generator of extremely wide emission within 1540 m - 2340 nm suitable for spectroscopy characterization of optical components. and Vláknové lasery a zesilovače jsou rozvíjeny jako úspěšná alternativa ke klasickým pevnolátkovým nebo plynovým laserům, která má své významné přednosti při uplatnění od aplikací nízkovýkonových, např. v metrologii či medicíně, až po aplikace vysokovýkonové, např. průmyslové svařování, řezání, navařování apod. Srdcem vláknových laserů jsou optická vlákna z křemenného skla, případně z měkkých optických skel. Článek se zabývá speciálními křemennými optickými vlákny pro thuliem a holmiem dopované zdroje zesílené spontánní emise (ASE) pracující v oblasti okolo 2 μm. Byla vypracována poměrně univerzální metoda, která umožňuje přípravu speciálních jednovidových optických vláken s obsahem Al2 O3 nebo P2 O5 až do 14 mol % v jádře dopovaném dále ionty prvků vzácných zemin (Tm3+, Ho3+, Er3+, Eu3+, Dy3+, Yb3+, Sm3+) v rozsahu 102 ppm - 104 ppm. Metoda umožňuje i dopování optického jádra nanočásticemi. Tato optická vlákna lze úspěšně využít pro přípravu dvouplášťových vláken pro vysokovýkonové vláknové lasery nebo stabilních širokopásmových zdrojů infračerveného záření. Takové zdroje, vykazující řadu předností, byly s úspěchem demonstrovány v generátoru s rekordně širokou emisí v rozmezí od 1540 nm až do 2340 nm, vhodném pro spektroskopické charakterizace optických komponent.
The paper deals with the process of optical-fiber drawing and shows research results achieved at the Department of Optical Fibers, Institute of Photonics and Electronics AS CR, v.v.i. (ÚFE). It presents description of basic processes in glass materials during drawing of optical fibers from preforms as well as description of experimental devices used in the ÚFE. It shows examples of results of drawing of optical fibers doped with rare-earth elements both with circular and non-circular cross-sections intended for fiber lasers and amplifiers. It also deals with drawing of special optical fibers for fiber-optic sensors, such as sectorial s-fibers, inverted-graded index fibers, fibers form soft optical glasses, chalkogenide fibers and microstructure fibers. Continuous preparation of optical fibers coated with anatase nanoparticles is also discussed in the paper. and Článek se zabývá procesem tažení optických vláken na základě výsledků výzkumu Oddělení optických vláken Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR, v.v.i. (ÚFE). Je v něm uveden souhrn základních procesů ve skelných materiálech při tažení vláken z preforem i popis unikátních experimentálních zařízení v ÚFE. Dále jsou ukázány příklady výsledků tažení vláken dopovaných prvky vzácných zemin s kruhovým i nekruhovým průřezem pro vláknové lasery a zesilovače. Článek rovněž popisuje tažení speciálních vláken pro optické vláknové senzory jako jsou sektorová vlákna, vlákna s invertovaným gradientním profilem, vlákna z nízkotavitelných optických skel, vlákna chalkogenidová i vlákna mikrostrukturní. V závěru se článek zabývá kontinuálním tažením vláken pokrytých nanočásticemi anatasu pro fotokatalýzu.
Fiber lasers are the youngest and most rapidly developing branch of lasers. Golden era of fiber lasers started only in early 2000’s and followed success of fiber amplifiers in telecommunications in nineties. Nowadays, the ytterbium fiber lasers at around 1 μm are the most powerful lasers available, reaching 100 kW of average output power. The 2 μm class fiber based on thulium-doped fibers are getting increasing importance thanks to better eye-safety, relaxed non-linear limits, more efficient processing of various materials, e.g., plastics, and high slope efficiency of up to 70 %. In the paper we review our recent progress in research of novel host materials for enhancements of fluorescence properties of thulium-doped fibers and new fiber-optic components and their applications in monolithic thulium-doped fiber laser. Results of coherent combination of thulium-doped fiber lasers are also presented. and Vláknové lasery patří mezi nejmladší a nejrychleji se rozvíjející typy laserů. Zlatá éra vláknových laserů začala teprve na začátku nového tisíciletí a navazuje na úspěch vláknových zesilovačů v telekomunikacích v devadesátých letech. Ytterbiem dopované vláknové lasery na vlnových délkách v okolí 1 μm jsou v současnosti vůbec nejvýkonnějšími dostupnými lasery, dosahují až 100kW průměrného výstupního výkonu. Vláknové lasery na 2 μm založené na thuliem dopovaných optických vláknech získávají nyní na významu díky menšímu riziku poškození zraku, menším omezením kvůli nelinearitám, vysoké účinnosti dosahující až 70 % a efektivnějšímu opracovávání některých materiálů, např. plastů. V příspěvku shrnujeme některé naše nedávné výsledky v oblasti výzkumu nových typů materiálů pro zlepšení fluorescenčních vlastností thuliem dopovaných vláken, nových typů vláknových optických součástek a jejich použití v monolitickém vláknovém laseru. Popisujeme rovněž výsledky výzkumu koherentního kombinování thuliem dopovaných vláknových laserů.