Лаборатория нелинейной оптики волноводных систем

Научные результаты:

1. Разработан экспериментальный метод поточечной записи решёток показателя преломления в многосердцевинных волокнах с помощью сфокусированного фемтосекундного лазерного излучения. В разработанном методе высокая точность локализации области модификации показателя преломления позволяет создавать ВБР в различных сердцевинах световода, что открывает широкие перспективы для создания многопараметрических сенсорных систем для мониторинга 3-х мерных деформаций объектов, а также для создания лазеров на основе многосердцевинного волокна с уникальными спектральными характеристиками.
2. Для эффекта пространственной самоочистки лазерного пучка в многомодовых волокнах, заключающегося в улучшении качества выходного излучения при больших мощностях, построена аналитическая модель, объясняющая суть процесса. При превышении порога начинает развиваться неустойчивость, и в результате процесса четырёх-волнового смешения происходит обмен энергией между различными модами волокна. Важное следствие состоит в том, что энергия переходит не только в основную моду, как считалось ранее, но и в моды высшего порядка. Эти выводы подтверждены численным счётом. На практике это означает сохранение т.н. среднего числа мод, что также было проверено в эксперименте впервые. Данные исследования проливают свет на первопричины, приводящие к столь сложной пространственно-временной динамике лазерного излучения в многомодовых волокнах. Впоследствии этот эффект может найти применение и во многих практических областях, например при передаче мощных лазерных пучков с высоким качеством и построении амплитудных модуляторов, необходимых для генерации импульсов предельно-короткой длительности.
3. Проведено исследование нелинейных когерентных структур в многомодовых и многосердцевинных волоконных световодах (ММС и МСС), возникающих в системах с избирательной по модам обратной связью (лазерах), реализуемой в т.ч. с использованием ВБР со специальной пространственной структурой и пространственного модулятора света. В частности, проведено детальное исследование эффекта керровской самочистки в градиентных ММС в зависимости от входных условий (пиковая мощность импульса, угол падения). Получены новые режимы самочистки и устойчивые многомодовые структуры соответственно, в том числе для импульсов с ненулевым угловым моментом. Построена общая теория так называемой термализации света в ММС, учитывающая сохранение углового момента. Это позволяет получить обобщенное распределение Рэлея-Джинса для относительного заполнения мод ММС, которое подтверждено результатами эксперимента.
4. Для непрерывного ВКР-лазера с избирательной по модам обратной связью, реализуемой с использованием специальной ВБР, проведён количественный анализ модового состава излучения. Обнаружено, что общее число мод, возбуждаемых излучением накачки, составляет около 780, а в генерируемом стоксовом пучке их на два порядка меньше, причем 40% сосредоточено в фундаментальной моде. При этом характер распределения мод оказывается ближе к экспоненциальному закону, чем к распределению Рэлея-Джинса. Реализована также генерация в МСС с пространственно-спектральной селекцией излучения на основе массива ВБР.

Внедрение результатов исследования:

Выполнены 4 договора на НИОКР:

• «Разработка метода и алгоритмов анализа модового состава излучения непрерывного многомодового ВКР-лазера на основе пространственного модулятора света», выполненое исследование модового состава излучения позволило раскрыть механизмы нелинейного взаимодействия мод в волоконных лазерах.
• «Разработка технологии записи ВБР через защитную оболочку в волокне с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла и с оболочкой из фторсиликатного стекла», выполнена разработка технологии записи ВБР через защитную оболочку в волокне с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла и с оболочкой из фторсиликатного стекла, что позволит создавать чувствительные элементы для волоконно-оптических датчиков.
• «Разработка технологии записи массивов ВБР в термостойком волокне», разработка технологии записи ВБР в термостойком волокне позволит создавать чувствительные элементы для волоконно-оптических датчиков с уникальными эксплуатационными характеристиками.
• «Разработка высокоскоростных узлов для исследования динамики модового состава излучения непрерывного многомодового ВКР-лазера методом модовой декомпозиции», исследование динамики модового состава излучения позволит раскрыть причины возникновения модовой нестабильности в непрерывных волоконных лазерах — главный фактор, ограничивающий  максимально достижимую мощность излучения в настоящий момент.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

На базе лаборатории работает совместный с Институтом автоматики и электрометрии СО РАН (Россия) научно-образовательный центр в области автоматики и волоконной оптики, а также выполняются совместные работы ООО «Фемтотех» (Россия) по хозяйственному договору.

Образование и переподготовка кадров:

• Защиты: 4 кандидатские диссертации.
• Разработана новая образовательная программа.
• Проведены 6 стажировок.

Сотрудничество:

• Сапиенца — Римский университет (Рим, Италия): совместные исследования, стажировки.

• Институт автоматики и электрометрии СО РАН: совместные исследования, совместные научные мероприятия (Международная школа молодых ученых «Нелинейная фотоника»).

• Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова РАН (НЦВО): разработка и исследование специальных многосердцевинных и многомодовых волокон.

• Технологический институт Карлсруэ (KIT, Карлсруэ, Германия): стажировки, совместные заявки на гранты.

• Университет Бургундии (Дижон, Франция): совместные заявки на гранты.