Новосибирский случайный лазер: прорыв в лазерных технологиях

Новосибирские и московские физики «скрестили» случайную генерацию и висмутовые волоконные световоды – получился уникальный лазер.
Новосибирский случайный лазер: прорыв в лазерных технологиях

Работа является результатом объединения усилий научных коллективов из московского Научного центра волоконной оптики (НЦВО) РАН под руководством академика Евгения Дианова и новосибирского Института автоматики и электрометрии (ИАиЭ) СО РАН под руководством члена-корреспондента РАН Сергея Бабина, являющихся мировыми лидерами в области висмутовых волоконных световодов для оптической связи и высокоэффективных случайных волоконных лазеров, соответственно. «Скрещивание» двух перспективных направлений волоконной оптики дало уникальный результат.

Световоды, легированные висмутом, являются новым типом активных сред с уникально широким спектральным диапазоном усиления и генерации (от 1,1 до 1,8 мкм) — они были предложена и активно развиваются в московском НЦВО, в основном для создания сверхширокополосных усилителей для оптоволоконных линий связи. Известно, что повышение концентрации висмута ведёт к его кластеризации (слипанию), поэтому рэлеевское рассеяние в них и длина таких световодов больше, чем у обычных активных световодах, легированных иттербием или эрбием. Однако эти «недостатки» становятся решающим преимуществом в схеме случайной генерации на рэлеевском рассеянии. Вот поэтому новосибирским и московским физикам пришла идея объединить технологии случайных резонаторов на рэлеевском рассеянии и висмутовых волоконных световодов — реализовать случайную генерацию в активном висмутовом световоде.

Фото
Фото

В результате такого объединения получился уникальный волоконный лазер. Помимо компактности и простоты схемы, случайный лазер на висмутовом световоде имеет отличные выходные характеристики как по к.п.д. генерации, так и по когерентности генерируемого излучения. Ширина спектра, определяющая длину когерентности, оказалась в 3 раза меньше, чем у обычного лазера с двухзеркальным резонатором в том же световоде. В работе также построена теоретическая модель формирования спектра генерации такого лазера, объясняющая его уникальные свойства. Относительно узкий спектр лазера позволяет эффективно генерировать высшие гармоники и преобразовывать его в видимый и УФ диапазон практически на произвольной длине волны, тем самым создавать новые источники излучения для применений в различных технологиях визуализации, например, в биомедицинской диагностике и лазерных дисплеях, которые используют для освещения лазерное излучение. Особенно важно то, что спектр случайного лазера не имеет характерной для обычных лазеров модовой структуры, что уменьшает влияние спеклов (мерцающих точек), в результате чего изображение становится очень чётким и качественным.