Научные сотрудники Лаборатории нелинейной фотоники ОЛФИТ Новосибирского государственного университета используют неустойчивость лазерного усиления для развития и исследования нового метода формирования импульсов в волоконном лазере. Работа проводится в рамках гранта РНФ «Неустойчивость лазерного усиления как новый эффективный механизм стационарной импульсной генерации». Проект рассчитан на три года, и по плану к концу 2026 года исследователи должны создать экспериментальные образцы короткоимпульсных источников лазерного излучения ближнего ИК-диапазона, которые являются востребованными для решения широкого круга задач в различных отраслях хозяйственной деятельности.
— В инженерии обычно стараются избегать неустойчивостей, так как они могут вызывать проблемы. Однако, иногда неустойчивости могут быть полезными, особенно если мы можем контролировать их. Например, контролируемая неустойчивость может помочь нам создать стабильные колебания с определенной частотой. Использование такой управляемой неустойчивости в лазерах позволяет обойтись без сложных модуляторов и насыщающихся поглотителей, которые обычно необходимы для генерации импульсов. Благодаря этому можно значительно упростить конструкцию лазеров, повысить их энергоэффективность и надежность, — рассказала научный сотрудник лаборатории, кандидат физико-математических наук, руководитель проекта Анастасия Беднякова.
Особенностями новых лазерных источников станет высокая частота следования и узкая ширина линии генерации. Это важно для совершенствования технологии «Radio over fiber», используемой в сетях 5G, а также для других телекоммуникационных систем. Основой в таких системах являются источник оптического излучения (лазерный диод) и модулятор интенсивности, который под воздействием электрического импульса за счёт модуляции создает последовательность оптических импульсов.
— Вносимые модулятором потери значительно снижают энергоэффективность такой системы. Помимо этого для повышения пропускной способности каналов требуется увеличение плотности импульсов - частоты их следования. Для этого применяются дорогостоящие высокочастотные оптические модуляторы и генераторы электрических импульсов. Наш подход позволяет получить необходимую высокую частоту непосредственно в самом лазере. Дорогостоящий модулятор в этом случае не нужен — энергия не теряется, а перераспределяется внутри лазера, за счет чего формируются импульсы и возрастает эффективность, — объяснил основной исполнитель проекта, старший научный сотрудник лаборатории, кандидат физико-математических наук Алексей Иваненко.
Ученые уже продемонстрировали первые результаты по генерации импульсов с частотами более 1 ГГц в разработанном ими волоконном импульсном лазере. Схема такого лазера очень проста, компактна и при этом весьма перспективна в плане дальнейшего развития. Сейчас команда проекта работает над более детальным исследованием предложенного подхода по формированию лазерного импульсного излучения с высокой частотой следования, а также над разработкой нового лазера, который обеспечит генерацию импульсов с мульти-гигагерцовой частотой и узкой линией оптического спектра.
Помимо источника излучения на одной длине волны ученые в рамках своего исследования намерены создать новые источники импульсного излучения, обеспечивающие синхронную двухволновую генерацию импульсов на различных длинах волн. Такие двухволновые импульсные когерентные источники широко востребованы в целом ряде приложений: от лидарных измерений различного характера (измерение дистанций, создание трехмерных лазерных сканеров крупномасштабных объектов) до исследования физических и химических свойств новых материалов и контроля процессов химического синтеза в промышленности. Кроме того, такие источники нужны для практической реализации определенных методов ВКР-спектроскопии, которая находит применение в медицинской диагностике.
— Мы намерены получить новые фундаментальные и практические знания о физике неустойчивости лазерного усиления и возможностях управления ее параметрами. Они откроют практический путь к разработке и широкому внедрению нового класса импульсных лазерных систем, использующих явления неустойчивости лазерного усиления в качестве естественного драйвера стационарных импульсных режимов генерации, способных обеспечить достижение уникальных выходных характеристик. Такие лазерные системы будут существенно более простыми в реализации и станут более надежной и недорогой альтернативой многим из используемых сегодня генераторов когерентных оптических импульсов и лазерных систем, — пояснил ведущий научный сотрудник лаборатории кандидат физико-математических наук Сергей Смирнов.
Таким образом, предлагаемые в Проекте решения и ожидаемые результаты будут соответствовать мировому уровню исследований в лазерной физике, имея высокую степень научной новизны и сильные конкурентные преимущества.
