Определены универсальные зависимости параметров генерации волоконных лазеров
Российские ученые экспериментально и теоретически подтвердили универсальные зависимости частоты и длительности импульсов от мощности генерации эрбиевых волоконных лазеров. Результаты работы упростят прогнозирование параметров проектируемых эрбиевых лазеров.
Статья опубликована в журнале Optics and Laser Technology. Эрбиевый лазер — твердотельный лазер, активной средой которого могут являться кристаллы или стёкла, легированное ионами эрбия (Er3+). Данные лазеры широко используются в медицине, телекоммуникациях, материаловедении и в промышленности. Классические волоконные лазеры характеризуются низким уровнем легирования активной среды и большой длиной резонатора. Такие лазерные резонаторы формируют широкий спектр излучения, состоящий из большого количества продольных мод. Уменьшение длины резонатора приводит к спектральному сужению излучения лазера вплоть до излучения на одной моде. Кроме длины резонатора, на характеристики излучения влияет концентрация ионов эрбия в активной среде.
Эффективная миниатюризация эрбиевых волоконных лазеров является важной задачей в современной оптике. Одним из решений является увеличение степени легирования активной среды лазера. Увеличение концентрации ионов эрбия приводит к их взаимодействию, что, в свою очередь, меняет конфигурацию квантовых уровней среды. Из-за этого лазер начинает излучать в импульсном режиме.
Коллектив физиков из Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН и МФТИ с коллегами изготовил два набора активных волокон, легированных эрбием: волокна с относительно высокой концентрацией эрбия в сердцевине (≈ 0,03 процента) и с чрезвычайно высокой концентрацией эрбия в сердцевине (≈ 0,3 процента). Лазеры с такими активными средами обладают двумя порогами генерации: первый порог характеризует начало генерации в импульсном режиме, второй — переход в режим непрерывного излучения.
«Для понимания формирования импульсов все еще не хватало знаний об общих фундаментальных чертах импульсного режима в зависимости от управляющих величин. В данном исследовании мы экспериментально обнаружили такую зависимость. Также продемонстрировали степенное поведение параметров системы (средней мощности излучения, частоты и длительности импульсов) в широком диапазоне значений интенсивности накачки выше критической точки. Наша группа подробно изучила зависимость параметров и режимов работы, а именно перехода от импульсного режима к режиму непрерывной генерации, от длины резонатора, степени легирования и мощности накачки»,— объяснил Александр Смирнов, доцент МГУ имени М. В. Ломоносова, ведущий научный сотрудник МФТИ.
Ученые получили зависимости длительности и частоты лазерных импульсов для различных длин волн генерации (1539–1557 нм) и длин резонаторов. В проведенных экспериментах они показали универсальную зависимость частоты, длительности и амплитуды импульсов от мощности излучения эрбиевых лазеров. Также физики определили критические индексы для созданных волоконных лазеров. Их величины отличны от стандартных целых и полуцелых значений, что говорит о нетривиальности полученных зависимостей. Однако значительное различие степени легирования волокон, длин лазерных резонаторов слабо влияет на отклонение критических индексов.
«Мы достаточно продолжительное время занимаемся изучением и разработкой эрбиевых волоконных лазеров. Ранее нами проводился сравнительный анализ импульсного режима работы эрбиевого лазера при накачке на длинах волн 1490 нм и 976 нм. На первый взгляд, резонансное возбуждение на длине волны 1490 нм приводило к резкому увеличению частоты импульсов и уменьшению его длительности по сравнению с возбуждением на длине волны 976 нм.
Однако, учитывая модель, представленную нами в работе 2018 года , мы предположили: раз возникновение импульсов обусловлено самим процессом генерации, то частота следования и длительность импульсов должны в первую очередь зависеть от мощности генерации, а не от накачки, и приобретать некий универсальных характер. Экспериментальные данные этой работы полностью подтвердили это предположение. Мы показали, что частота и длительность импульсов определяются мощностью излучения», — рассказал Бутов Олег, заместитель директора по науке ИРЭ имени В. А. Котельникова РАН, ведущий научный сотрудник МФТИ.
Ученые планируют продолжить работу по созданию и изучению свойств линейно поляризованных эрбиевых волоконных лазеров, устойчиво работающих в одномодовом режиме с предельно узкой линией генерации.
Работа сделана в коллаборации ученых из Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН, МФТИ, ВШЭ, МГУ имени М. В. Ломоносова, Института общей физики имени Прохорова РАН, НИИ автоматики им. Духова и Института теоретической и прикладной электродинамики РАН.
Работа поддержана грантом Российского научного фонда.
Telegram 
Дзен 
VK Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Ученые выяснили, что золото владеет уникальной «техникой самообороны», которая защищает его от потускнения. Оказалось, атомы на поверхности этого металла способны самостоятельно перестраиваться в особые защитные структуры. Такой невидимый барьер блокирует контакт с кислородом и подавляет процесс окисления в триллион раз эффективнее, чем поверхность любого другого металла.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно