Учёные Института автоматики и электрометрии СО РАН экспериментально и теоретически показали, что лазерные лучи, проходящие в многосердцевинном оптоволокне по близко расположенным каналам, при высокой мощности распределяются равномерно и формируют однородный стабильный пучок. Это происходит потому, что исходные импульсы сначала распадаются на множество более мелких, которые «перемешиваются» между каналами. Полученные данные будут полезны при разработке оптоэлектронных систем связи, сенсорики, визуализации, лазерного медицинского оборудования и промышленных лазерных систем. Результаты опубликованы в Opto-Electronic Advances при поддержке РНФ.
Оптические волокна — каналы для передачи света на большие расстояния практически без потерь — широко используются в системах связи, включая интернет-сети. В последние годы физики исследуют многосердцевинные волокна: если обычное волокно содержит одну тонкую сердцевину, то многосердцевинное — несколько расположенных рядом каналов. Это увеличивает пропускную способность и позволяет объединять энергию нескольких каналов для получения импульсов большой мощности. Однако из-за случайных неоднородностей — разной мощности импульсов и изгибов волокна — энергия между сердцевинами распределяется хаотично, из-за чего суммарный пучок получается неоднородным, а сигнал нестабильным.
В эксперименте с семиканальным оптоволокном учёные сначала посылали импульсы низкой пиковой мощности (130 ватт), сопоставимой с потреблением лампы накаливания. В таких условиях свет вёл себя непредсказуемо: беспорядочно «переключался» между каналами, и на выходе одни каналы были мощнее, другие слабее. Затем авторы увеличили мощность в десятки раз — до нескольких киловатт. В этом случае свет исходных лучей начал равномерно распределяться по всем каналам, создавая стабильный поток.
Моделирование показало, что эффект связан с нелинейностью: при высокой мощности преломление света в каналах изменяется, а сами лучи «разбиваются» на множество более мелких импульсов. Те, в свою очередь, перемешиваются между каналами, создавая усреднённый однородный пучок. Такой механизм позволяет решить проблему хаотичного распределения энергии и открывает путь к созданию мощных и стабильных оптоволоконных систем для связи, сенсорики и лазерных технологий.
На обложке: изображения оптоволоконного выхода в ближней зоне (верхний ряд) и суммарного пучка в дальней зоне (нижний ряд) демонстрируют пространственное перемешивание лучей и формирование их общего поперечного профиля. Источник: A.Y. Kolesnikova et al. / Opto-Electronic Advances, 2026.
