27.01.2022
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.
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.
Поперечное сечение разработанного 25-сердцевинного световода (слева), измеренные и рассчитанные распределения интенсивности и фазы противофазной супермоды (справа)
ИПФ РАН
Нет комментариев