Учёные из Института автоматики и электрометрии СО РАН и Новосибирского государственного университета создали компьютерную модель, которая объясняет, как заставить семь лазеров в одном многожильном оптоволокне генерировать не хаотичный набор частот, а стабильный узкополосный луч. В многожильных волокнах отдельные световоды работают несогласованно из-за различий в отражающих зеркалах, что даёт широкий и нестабильный спектр. Однако ранее учёные обнаружили эффект «спектрального коллапса»: при достаточном сближении жил свет начинает перетекать между ними, и семь разных линий «схлопываются» в одну. Новая модель впервые теоретически описала этот процесс. Результаты опубликованы в журнале High Power Laser Science & Engineering.
Расчёты показали: при слабой связи между жилами (расстояние 28 мкм) модель выдаёт набор из семи независимых линий с общей шириной спектра 0,3–0,7 нанометра. При сильной связи (17 мкм) линии «схлопываются», а ширина общей линии составляет всего 0,07 нанометра — почти в 10 раз уже. Эффект объясняется тем, что перетекание света между близко расположенными жилами заставляет их излучать на одной длине волны, делая общий луч «чистым» и узким. Чем больше жил и чем сильнее связь, тем уже и стабильнее спектр.
Сверхстабильные волоконные лазеры с узким спектром необходимы для высокоточной лазерной обработки материалов, передачи информации на сверхдальние расстояния и лазерной хирургии. По словам авторов, использование 19-сердцевинного волокна с сильной связью может дать экстремально узкую линию — более чем на порядок уже, чем у лучших одножильных лазеров той же мощности. В дальнейшем учёные планируют смоделировать и провести эксперименты с 19-сердцевинным волокном, а также обсудить возможные применения с индустриальными партнёрами. Исследование выполнено при поддержке гранта РНФ.
Изображение: графики профиля пучка и спектра многосердцевинного волоконного лазера с несвязанными и связанными сердцевинами. Источник: Alena Yu. Kolesnikova et al. / High Power Laser Science & Engineering.
