Лаборатория квантовой электроники и оптоэлектроники Научно-исследовательского технологического института имени С. П. Капицы

1. Теоретически описан физический механизм, ответственный за самозахват частоты полупроводникового лазера при обратной связи через кольцевой волоконный резонатор. Экспериментально продемонстрировано сужение линии генерации стандартного DFB лазера в такой конфигурации до субкилогерцовых значений.
2. На основе DFB - лазера, работающего в режиме самозахвата частоты через кольцевой волоконный резонатор разработана экспериментальная модель двухчастотного Бриллюэновского лазера с шириной, каждой из линий < 1 кГц. Показано, что для устойчивой работы системы в режиме самозахвата достаточно простой активной оптоэлектронной обратной связи. Обеспечивая устойчивый резонансв волоконной конфигурации, такое решение позволяет обойтись без сложных активных средств стабилизации, совмещая в едином модуле уникальность характеристик, присущих лазерам с двойным резонансом, с простотой конструкции полностью пассивной самонастраивающейся волоконной системы. Полученные результаты расширяют понимание механизма самозахвата частоты в полупроводниковых лазерах и открывают новые возможности для управления их свойствами. 
3. Реализован и экспериментально апробирован фазочувствительный акустический датчик (OTDR), использующий простой DFB лазер, самостабилизированный на эффекте захвата частоты в качестве задающего оптического генератора. Сравнение со стандартным коммерческим прибором подтвердило работоспособность предложенной системы при протяженности чувствительного волоконного элемента более 10 км.
4. Предложена схема стабилизации гармонической синхронизации мод в кольцевом волоконном лазере при помощи акустооптического сдвига частоты. Экспериментально продемонстрирована конфигурация солитонного лазера телекоммуникационного диапазона (~1550 нм) с частотой следования импульсов более 10 ГГц и уровнем подавления супермодового шума около 30 dB. Разработан и экспериментально реализован мощный усилитель на основе конического волокна, допированного иттербием.
5. Проведены биомедицинские исследования воздействия низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ) на культуры онкоклеток. Предложено объяснение эффекта оксидативного стресса и нарушения функционирования митохондрий онкоклеток при таком воздействии.
6. Предложен метод усиления поверхностных плазмон-поляритонных волн дальнего ИК диапазона за счет дрейфового тока накачки при реализации условий фазового синхронизма.
7. Предложены и исследованы модели кольцевого волоконного лазера с внутрирезонаторным интерферометром и синхронизацией мод при помощи диссипативного четырехволнового смешивания.
8. Впервые экспериментально продемонстрирована конфигурация импульсного лазера на основе Tm-Ho волокна с перестройкой длины волны генерации в диапазоне 1700-1800 нм.
9. Экспериментально продемонстрирована узкополосная генерация (< 300 Гц) Бриллюэновского лазера на основе Er-легированного волокна с массивом Брэгговских решеток.
10. Предложена и исследована теоретическая модель компенсации потерь, усиления и генерации поверхностных плазмонов в одностенных углеродных нанотрубках.
11. Теоретически предсказана и исследована генерация Бриллюэновского излучения в микрорезонаторах в случае несовпадения Бриллюэновского сдвига с межмодовым расстоянием микрорезонатора. Показано, что несмотря на возрастание порога генерации, возможно существенное повышение интенсивности Бриллюэновского сигнала по сравнению с резонансным случаем.
12. Предложены новые методы снижения супермодового шума и точной подстройки частоты следования импульсов волоконного лазера с гармонической синхронизацией мод, использующие инжекцию излучения внешнего непрерывного лазера с перестраиваемой длиной волны.

Внедрение результатов исследования:

Основной прикладной целью исследований, представляющей интерес для коммерциализации, является создание оптических генераторов, обладающих компактностью, низкой себестоимостью и уникальными потребительскими характеристиками. Разрабатываемые в проекте источники следует рассматривать в контексте развития отечественной элементной базы микроволновой фотоники. Кроме того, новые источники востребованы для систем оптической связи, распределенного мониторинга, оптических гироскопов.

Образование и переподготовка кадров:

Организованы стажировки членов научного коллектива в ведущих научных центрах Европы.

Курсы и программы:

• «Волоконные лазеры», специальный курс повышения квалификации сотрудников Лаборатория Квантовой электроники и оптоэлектроники УлГУ. Введен в образовательную практику 26.09.2014 г.

• «Английский язык для физиков», 03.03.03. Радиофизика, 03.03.02 Физика, 03.04.02 Физика (магистратура). Инженерно-физический факультет высоких технологий УлГУ.
  
• Оптика наноструктур 03.03.03. Радиофизика (бакалавриат), 03.04.02 Физика (магистратура) Инженерно-физический факультет высоких технологий УлГУ.
  
• Основы нелинейной оптики, программа аспирантуры 03.06.01 Инженерно-физический факультет высоких технологий (ИФФВТ) УлГУ.
  
• Курс для студентов Инженерно-физического факультета высоких технологий УлГУ «Нелинейная лазерная волоконная оптика».
• За последние 5 лет в лаборатории защищены 7 кандидатских диссертаций и 1 докторская диссертации.

• На базе лаборатории действует регулярный (еженедельный) междисциплинарный семинар.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Оборудование лаборатории частично включено в структуру центра коллективного пользования УлГУ – НИИАР. Кроме того, специалисты лаборатории являются создателями и основными специалистами созданных на базе УлГУ инженеринговых центров «ProfiLaser» и Центра молодежного инновационного творчества «Воплощение». В рамках работы этих центров активно используется оборудование лаборатории КЭиО НИТИ УлГУ.

Другие результаты:

Оборудование лаборатории активно используется в рамках исследовательской деятельности медико-биологического центра УлГУ.

Сотрудничество:

Лаборатория проводит совместные научные исследования с несколькими зарубежными научными организациями. За последние 5 лет было опубликовано ~50 совместных публикаций (соавтор, предмет общих публикаций):

• Imperial College, London, UK (Prof. Roy Taylor, fiber lasers).

• ASTON University, Birmingham, UK (Profs. Sergey Turitsyn, Edik Rafailov, Sergey Sergeyev, random lasers, bio-photonics, mode-locked fiber lasers).

• University of Mons, Mons, Belgium (Prof. Patrice Mégret, telecom, fiber sensors).

• Vrije Universiteit Brussel, Brussels, Belgium (Prof. Krassimir Panajotov, laser dynamics).

• Tampere University, Tampere, Finland (Prof. Regina Gumenyuk, soliton lasers and high-power fiber lasers).

• CICESE, Ensenada, Mexico (Prof. Vasily Spirin, narrow-band fiber lasers).

• École Nationale d'Ingénieurs de Brest (Prof. F.F.L. Bentivegna, plasmonic devices).

• Roorkee Institute of technology, India (Prof. V. Rastogi, fiber tapers and amplifiers).

Также Лаборатория активно сотрудничает с ведущими Российскими институтами:

• Научный центр волоконной оптики, Институт общей физики РАН (Москва).
  

• Институт радиотехники и электроники РАН (Москва).

• Институт автоматики и электрометрии РАН (Новосибирск).

• Институт нанотехнологий микроэлектроники РАН (Москва).

• НПК «Технологический центр» (Зеленоград).