Лазерные системы на основе волокна, легированного редкоземельным металлом тулием, позволяют исследовать очень широкий диапазон длин волн света от 1600 до 2500 нм. Атмосферное пропускание с малыми потерями, возможность глубокого проникновения в биологические ткани, а также наличие большого числа линий поглощения газов и биомолекул обусловливают спрос на эффективные источники света, работающие в данном диапазоне длин волн. Мониторинг парниковых газов в окружающей среде, обработка полимеров или полупроводников, оптическая когерентная томография, нелинейная микроскопия и оптическая связь – это лишь некоторые из задач сверхбыстрого лазера, которые стали возможными или усовершенствовались благодаря разработке волоконных систем, легированных Tm.
Совместными усилиями сотрудники молодежной лаборатории технологий фотоники и машинного обучения для сенсорных систем Физического факультета Новосибирского государственного университета, созданной в рамках национального проекта «Наука и университеты», а также сотрудники Института фотонных технологий имени Лейбница (Германия), Института фотоники и электроники (Чехия), компании iXblue Photonics (Франция), Ульяновского государственного университета и Университета Монса (Бельгия) выполнили исследование новой компактной схемы тулиевого волоконного лазера с самосинхронизацией мод излучения и возможностью спектральной перестройки в диапазоне длин волн от 1873 до 1962 нм. Данная система представляет собой компактный и простой подход к генерации ультракоротких импульсов с возможностью перестройки длины волны и режимов работы в широком диапазоне, на который не влияют ограничения по стабильности или мощности лазера. Работа опубликована в журнале Communications Physics.
— Волоконный световод, легированный тулием, выполняет три роли в резонаторе: служит для усиления сигнала, является простым и высоко интегрированным насыщающимся поглотителем и одновременно позволяет управлять длиной волны излучения посредством контроля уровня возбуждения активной среды. Мы с коллегами провели детальное экспериментальное и численное исследование высоколегированного (0,8 мол%) активного волокна, обогащенного ионными кластерами тулия. Результаты численного моделирования на основе нелинейного уравнения Шрёдингера и трехуровневой модели усиливающей среды хорошо согласуются с экспериментом, демонстрируя такой же диапазон перестройки. Важно отметить, что наибольшая эффективность лазера наблюдается при коэффициенте обратной связи 20%, позволяющем получить солитонные импульсы длительностью 580 фс на длине волны 1877 нм с энергией выходного импульса 1,5 нДж, — рассказала кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории технологий фотоники и машинного обучения для сенсорных систем ФФ НГУ Анастасия Беднякова.
Исследование проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проекты №№ FSUS-2021-0015 и 075-15-2021-581) и Российского научного фонда (проект №18-12-00457).
