Ученые из ИПФ РАН предложили новый перспективный метод многократного увеличения средней и пиковой мощности волоконных лазеров. Метод основан на использовании многосердцевинных волокон (МСВ) и реализации в них особого режима распространения излучения в виде противофазной супермоды. Волоконные лазеры благодаря надежности, простоте обслуживания и хорошим массогабаритным характеристикам востребованы для многих научных и технологических приложений. Однако средняя, а в особенности пиковая мощность в импульсных волоконных лазерных системах ограничена нелинейными эффектами. Предельная мощность излучения в волокнах с одной сердцевиной ограничена самофокусировкой в материале световода. Проблема увеличения мощности и преодоления нелинейных ограничений является одной из важнейших в современной волоконной оптике.
В МСВ с близко расположенными сердцевинами свет распространяется в виде коллективного возбуждения всех сердцевин — так называемых супермод. Сотрудниками ИПФ РАН было впервые обнаружено, что противофазная супермода, в которой фазы поля в соседних сердцевинах отличаются на p, является устойчивой при высокой мощности излучения. Благодаря данному свойству мощность в каждой сердцевине может быть увеличена вплоть до порога разрушения, а суммарная мощность во всех сердцевинах может многократно превышать предельную для одной сердцевины. Когерентность излучения между сердцевинами сохраняется на всем протяжении волокна, что позволяет просуммировать выходное излучение в один мощный пучок с эффективностью, превышающей 90%, без использования сложных систем обратной связи.
В эксперименте было использовано МСВ с квадратной матрицей 5х5 сердцевин, разработанное совместно с коллегами из ИОФ РАН. В этом волокне впервые было продемонстрировано устойчивое распространение широкополосных импульсов с поперечной структурой в виде противофазной супермоды. С помощью аналитических методов и численного моделирования показана возможность достижения в подобном МСВ пиковой мощности на уровне нескольких десятков МВт.
Измеренные и рассчитанные распределения интенсивности и фазы противофазной супермоды
Перспективы использования полученных результатов связаны не только с повышением мощности излучения волоконных лазерных систем, но и c управлением мощным излучением в МСВ: сжатием импульсов и формированием оптических солитонов, широкополосной перестройкой длины волны излучения.
Коллектив авторов: Андрианов А.В., Балакин А.А., Скобелев С.А., Анашкина Е.А., Калинин Н.А., Литвак А.Г. (ИПФ РАН); Егорова О.Н., Семенов С.Л. (ИОФ РАН)
Результаты опубликованы в статьях:
Balakin A.A., Skobelev S.A., Andrianov A.V., Anashkina E.A., Litvak A.G., Optics Letters, 46(2), 246 (2021).
Kalinin N.A., Anashkina E.A., Egorova O.N., Zhuravlev S.G., Semjonov S.L., Kim A.V., Litvak A.G., Andrianov A.V., Photonics 8(8), 314 (2021).
Balakin A.A., Skobelev S.A., Litvak A.G., EPL (Europhysics Letters), 132(5), 54001 (2021).
Skobelev S.A., Balakin A.A., Anashkina E.A., Andrianov A.V., Litvak, A.G., Physical Review A, 104, 023522 (2021)
Anashkina E.A., Andrianov A.V., Photonics, 8(4), p. 113 (2021)
Skobelev S.A., Balakin A.A., Anashkina E.A., Andrianov A.V. Litvak A.G., Physical Review A, 104, 033518 (2021).
Andrianov A.V., Kalinin N.A., Anashkina E.A., Laser Physics Letters, 18, 125104 (2021)
Иллюстрация к статье:
Обсуждение