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 В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые раскрыли причины удивительной сохранности крупнейшей из пирамид Гизы. Секрет того, что за прошедшие тысячелетия пирамиду не разрушили землетрясения, кроется в особенностях ее конструкции, в том числе в так называемых разгрузочных камерах, расположенных непосредственно над погребальной камерой фараона.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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