Международная научная группа создала простой и компактный фемтосекундный тулиевый волоконный лазер

21 ноября 2022

Наука

Лазерные системы на основе волокна, легированного редкоземельным металлом тулием, позволяют исследовать очень широкий диапазон длин волн света от 1600 до 2500 нм. Атмосферное пропускание с малыми потерями, возможность глубокого проникновения в биологические ткани, а также наличие большого числа линий поглощения газов и биомолекул обусловливают спрос на эффективные источники света, работающие в данном диапазоне длин волн. Мониторинг парниковых газов в окружающей среде, обработка полимеров или полупроводников, оптическая когерентная томография, нелинейная микроскопия и оптическая связь – это лишь некоторые из задач сверхбыстрого лазера, которые стали возможными или усовершенствовались благодаря разработке волоконных систем, легированных Tm.

Совместными усилиями сотрудники молодежной лаборатории технологий фотоники и машинного обучения для сенсорных систем Физического факультета Новосибирского государственного университета, созданной в рамках национального проекта «Наука и университеты», а также сотрудники Института фотонных технологий имени Лейбница (Германия), Института фотоники и электроники (Чехия), компании iXblue Photonics (Франция), Ульяновского государственного университета и Университета Монса (Бельгия) выполнили исследование новой компактной схемы тулиевого волоконного лазера с самосинхронизацией мод излучения и возможностью спектральной перестройки в диапазоне длин волн от 1873 до 1962 нм. Данная система представляет собой компактный и простой подход к генерации ультракоротких импульсов с возможностью перестройки длины волны и режимов работы в широком диапазоне, на который не влияют ограничения по стабильности или мощности лазера. Работа опубликована в журнале Communications Physics.

— Волоконный световод, легированный тулием, выполняет три роли в резонаторе: служит для усиления сигнала, является простым и высоко интегрированным насыщающимся поглотителем и одновременно позволяет управлять длиной волны излучения посредством контроля уровня возбуждения активной среды. Мы с коллегами провели детальное экспериментальное и численное исследование высоколегированного (0,8 мол%) активного волокна, обогащенного ионными кластерами тулия. Результаты численного моделирования на основе нелинейного уравнения Шрёдингера и трехуровневой модели усиливающей среды хорошо согласуются с экспериментом, демонстрируя такой же диапазон перестройки. Важно отметить, что наибольшая эффективность лазера наблюдается при коэффициенте обратной связи 20%, позволяющем получить солитонные импульсы длительностью 580 фс на длине волны 1877 нм с энергией выходного импульса 1,5 нДж, — рассказала кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории технологий фотоники и машинного обучения для сенсорных систем ФФ НГУ Анастасия Беднякова.

Исследование проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проекты №№ FSUS-2021-0015 и 075-15-2021-581) и Российского научного фонда (проект №18-12-00457).

Теги: Физический факультет, Наука, Студенты, Молодежная лаборатория