Лаборатория нелинейной оптики волноводных систем

Лаборатория нелинейной оптики волноводных систем Новосибирского государственного университета создана в мае 2017 г. в результате победы проекта «Пространственно-временная нелинейная оптика многомодовых и многоядерных волоконных систем» в пятом конкурсе Минобрнауки России на получение грантов Правительства РФ для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых.

В лаборатории развивается ряд новых технологий, основанных на управлении пространственно-временными характеристиками нелинейно-оптических процессов в многомодовых и многосердцевинных волоконных световодах. Программа исследований состоит из следующих, связанных между собой, направлений:

Теоретическое и экспериментальное исследование пространственно-временной и спектральной динамики ультракоротких импульсов при их распространении в многомодовых и многосердцевинных световодах и устройствах на их основе;
Анализ пропускной способности при передаче информации по многомодовым и многосердцевинным световодам для систем оптической связи с пространственным уплотнением каналов;
Исследование физических основ и возможностей применений оптических систем на основе многомодовых и многосердцевинных световодов, структурированных с помощью фемтосекундных импульсов, в т.ч. лазеров и сенсоров нового типа

Основные результаты

В рамках выполнения работ по проекту был 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.
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.

Оборудование:

Два оптических стола в сборе
Платформа для нанопозиционирования
Трехканальный пьезоусилитель
Система для сопряжения источников излучения с оптоволокном
Твердотельный моноимпульсный лазер с диодной накачкой
Держатели, позиционеры
Нематическая система пространственной модуляции света
Измеритель мощности и энергии
Пространственный модулятор
Интеррогатор
Поляриметр
Осциллограф
Генератор сигналов, 120 МГЦ
Сварочный аппарат
3D принтер
Анализатор оптического спектра 600-1700 нм
Источник белого света с волоконным выходом
Набор оптомеханических элементов (точные юстировки, трансляторы)
Набор элементов объёмной оптики (линзы, зеркала)
Камеры для анализа профиля лазерных пучков
Лазер Гелий-Неоновый
Объективы с увеличенной числовой апертурой

Партнеры

Университет Париж Дидро, Франция, Париж

Институт Сложных Вычислений, Италия, Рим

Институт автоматики и электрометрии СО РАН

Университет Лиможа, Лимож, Франция

О лаборатории в новостях

Самочистка пучка в многомодовом оптическом волокне

Статьи

K. Krupa, A. Tonello, B. M. Shalaby, M. Fabert, A. Barthélémy, G. Millot, S. Wabnitz, V. Couderc: Spatial beam self-cleaning in multimode fiber, Nat. Photon., vol. 11, pp. 237–241, 2017. IF=38.910
R. Guenard,K. Krupa, R. Dupiol,M. Fabert, A. Bendahmane, V. Kermene, A. Desfarges-Berthelemot, J. L. Auguste, A.Tonello, A. Barthélémy, G.Millot, S. Wabnitz, and V. Couderc: Kerr self-cleaning of pulsed beam in an ytterbium doped multimode fiber, Opt. Express, vol. 25, pp. 4783-4792, 2017. IF=3.307
R. Dupiol, A. Bendahmane, K. Krupa, A. Tonello, M. Fabert, B. Kibler, T. Sylvestre, A. Barthelemy, V. Couderc, S. Wabnitz, and G. Millot: Far-detuned cascaded intermodal four-wave mixing in a multimode fiber, Opt. Letters, vol. 42, pp. 1293-1296, 2017. IF=3.416
D. Ceoldo, K. Krupa, A. Tonello, V. Couderc, D. Modotto, U. Minoni, G. Millot, and S. Wabnitz: Second harmonic generation in multimode graded-index fibers: spatial beam cleaning and multiple harmonic sideband generation, Opt. Letters, vol. 42, pp. 971-974, 2017. IF=3.416
Guenard R., Krupa K., Dupiol R., Fabert M., Bendahmane A., Kermene V., Desfarges-Berthelemot A., Auguste J. L., Tonello A., Barthélémy A., Millot G., Wabnitz S., Couderc V., Nonlinear beam self-cleaning in a coupled cavity composite laser based on multimode fiber. Opt. Express, vol. 25, 022219 (2017) IF=3.307
Dupiol R., Bendahmane A., Krupa K., Fatome J., Tonello A., Fabert M., Couderc V., Wabnitz S., Millot G (2017). Intermodal modulational instability in graded-index multimode optical fibers, Opt. Letters, vol. 42, p. 3419-3422 (2017) IF=3.416
Nuño J., Rizzelli G., Gallazzi F., Prieto F., Pulido C., Corredera P., Wabnitz S., Ania-Castanon J.D. Open-Cavity Spun Fiber Raman Lasers with Dual Polarization Output. Sci. Rep. 7, 13681(2017). IF=4.847
E. V. Podivilov, D. S. Kharenko, A. E. Bednyakova, M. P. Fedoruk, S. A. Babin. Spectral comb of highly chirped pulses generated via cascaded FWM of two frequency-shifted dissipative solitons. Sci. Rep.7, 2905(2017) IF=4.8
S. Chekhovskoy, O. S. Sidelnikov, A. A. Reduyk, A. M. Rubenchik, O. V.Shtyrina, M. P. Fedoruk, S. K.Turitsyn, E. A. Zlobina, S. I. Kablukov, S. A. Babin, K. Krupa, V. Couderc, A. Tonello, A. Barthélémy, G.Millot, S. Wabnitz, “Nonlinear Waves in Multimode Fibers”, chapter in book “Handbook of Optical Fibers”, G.-D. Peng (ed.), Springer Publ.- Springer Nature Singapore Pte Ltd., pp.1-55, 2018. https://doi.org/10.1007/978-981-10-1477-2_15-1
S. S. Yakushin, A. A. Wolf, A. V. Dostovalov, M. I. Skvortsov, S. Wabnitz, S. A. Babin. A study of bending effect on the femtosecond-pulse inscribed fiber Bragg gratings in a dual-core fiber. Optical Fiber Technology 43, 101-105 (2018). Q2
L. Gao, T. Zhu, S. Wabnitz, Y. Li, X. S. Tang, Y. L. Cao. Optical puff mediated laminar-turbulent polarization transition. Opt. Express 26 (5), 6103-6113 (2018). https://doi.org/10.1364/OE.26.006103 Q1
J. Peng, M. Sorokina, S. Sugavanam, N. Tarasov, D. V. Churkin, S. K. Turitsyn, & H. Zeng. Real-time observation of dissipative soliton formation in nonlinear polarization rotation modelocked fibre lasers. Comm. Physics 1, 20 (2018) https://doi.org/10.1038/s42005-018-0022-7.
I. S. Chekhovskoy, A. M. Rubenchik, O. V. Shtyrina, M. A. Sorokina, S. Wabnitz, and M. P. Fedoruk, “Nonlinear discrete wavefront shaping for spatiotemporal pulse compression with multicore-fibers,” J. Opt. Soc. Am. B 35 (9) 2169-2175 (2018). Q2
A. Mancic, F. Baronio, L. Hadzievski, S. Wabnitz, A. Malucov, Statistics of Vector Manakov Rogue Waves, Phys. Rev. E 98, 012209 (2018). Q1
Perego, A. M., Smirnov, S. V., Staliunas, K., Churkin, D. V., Wabnitz, S. Self-Induced Faraday Instability Laser. Phys. Rev. Lett. 120, 213902 (2018). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.213902 Q1
A.A.Wolf, A.V.Dostovalov, S.Wabnitz, S.A.Babin. Femtosecond writing of refractive index structures in multimode and multicore fiber waveguides. Quantum Electronics 48 (12) 1128 – 1131 (2018). Q2
Wasyhun A. Gemechu, Tao Gui, Jan-Willem Goossens, Mengdi Song, Stefan Wabnitz, Hartmut Hafermann, Alan Pak Tao Lau, Mansoor I. Yousefi, and Yves Jaouën, “Dual Polarization Nonlinear Frequency Division Multiplexing Transmission,” IEEE Photon. Tecnol. Letters 30, n. 18, pp. 1589-1592 (2018). Q2
S. Mosca, M. Parisi, I. Ricciardi, F. Leo, T. Hansson, M. Erkintalo, P. Maddaloni, P. De Natale, S. Wabnitz, and M. De Rosa, “Modulation Instability Induced Frequency Comb Generation in a Continuously Pumped Optical Parametric Oscillator,” Phys. Rev. Lett. 121, 093903 (2018). Q1
K. Krupa, G. Garmendia Castaneda, A. Tonello, A. Niang, D.S. Kharenko, M. Fabert, V. Couderc, G. Millot, U. Minoni, D. Modotto, and S. Wabnitz, Nonlinear polarization dynamics of Kerr beam self-cleaning in a GRIN multimode optical fiber, Optics Letters 44, 171-174 (2019) Q1
M. I. Skvortsov, S. R. Abdullina, A. A. Wolf, A. V. Dostovalov, A. A. Vlasov, I. A. Lobach, S. Wabnitz, S. A. Babin. Random Raman fiber laser based on a twin-core fiber with FBGs inscribed by femtosecond radiation. submitted to Opt. Lett. 44 (2), 295-298 (2019). Q1
A.V. Reznichenko, A. I. Chernykh, S. V. Smirnov, I. S. Terekhov, The loglog growth of channel capacity for nondispersive nonlinear optical fiber channel in intermediate power range. Extension of the model. Phys Rev. E (2019), accepted. arXiv:1810.00513 Q1
Y. Leventoux, A. Parriaux, O. Sidelnikov, G. Granger, M. Jossent, L. Lavoute, D. Gaponov, M. Fabert, A. Tonello, K. Krupa, A. Desfarges-Berthelemot, V. Kermene, G. Millot, S. Février, S. Wabnitz, V. Couderc, Kerr beam self-cleaning in the multimode fiber anomalous dispersion regime, in press (2019) https://arxiv.org/abs/1810.05878

Материалы конференций

Krupa K., Modotto D., Couderc V., Barthelemy A., Tonello A., Millot G., Wabnitz S. (2017). Spatio-temporal beam dynamics in multimode nonlinear optical fibers. In: 19th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON) 2017. p. 1-4, ISBN: 978-1-5386-0859-3, Girona, Spain, July 2017, doi: 10.1109/ICTON.2017.8024756 (invited talk)
Wabnitz Stefan, Krupa Katarzyna, Tonello Alessandro, Barthelemy Alain, Millot Guy, Modotto Daniele, Couderc Vincent (2017). Nonlinear dynamics of spatio-temporal waves in multimode fibres. In: Optics InfoBase Conference Papers. vol. 2017, OSA - The Optical Society, ISBN: 9781557528209, Nonlinear Optics, Waikoloa, USA, July 2017, doi: 10.1364/NLO.2017.NTu2B.4 (invited talk)
Wabnitz S. (2017). Nonlinear spatiotemporal dynamics in multimode fibers. In: XXXIInd General Assembly and Scientific Symposium of the International Union of Radio Science. Montreal, August 2017 (invited talk)
Wabnitz S. (2017). Spatiotemporal beam nonlinear dynamics in multimode fibers. In: VIII-th International Conference "SOLITONS, COLLAPSES AND TURBULENCE: Achievements, Developments and Perspectives" (SCT-17). Chernogolovka, Russia, May 2017 (invited talk)
S. S. Yakushin, A. A. Wolf, A. V. Dostovalov, M. I. Skvortsov, S. A. Babin. A study of bending effect on the femtosecond-pulse inscribed fiber Bragg gratings in a dual-core fiber. 26th International Laser Physics Workshop - LPHYS’17 (July 17–21, 2017, Kazan, Russia), Abstracts, IOP Publ., paper S8.2.7
S. Babin. Multicolor dissipative solitons: formation and nonlinear interaction. School on “Complexity in Nonlinear Photonics” (Como, September 25-29, 2017).
E. Podivilov. Turbulence of light in fiber laser. School on “Complexity in Nonlinear Photonics” (Como, September 25-29, 2017).
S. Wabnitz, K. Krupa, D. Modotto, G. Millot, D. S. Kharenko, V. A. Gonta, E.V. Podivilov, S. Babin, A.Tonello, A. Barthélémy and V. Couderc, “Spatiotemporal pulse shaping with multimode nonlinear guided waves,” 18th International Conference on Laser Optics (ICLO 2018), Saint Petersburg, June 2018, paper TuR8-01 (invited paper).
A. A. Wolf, S. S. Yakushin, M. Yu. Kotyushev, A. V. Dostovalov, S. G. Zhuravlev, O. N. Egorova, S. L. Semyonov, S. A. Babin, “Femtosecond Pulse Inscription of FBGs in Multicore Fibers and Their Applications,” in 2018 International Conference Laser Optics - ICLO (S.-Petersburg, Russia, June 4-8, 2018), Tech. Digest, 2018, pp. 93–93.
A.V. Dostovalov, A.A. Wolf, M.I. Skvortsov, S.R. Abdullina, A.A. Vlasov, I.A. Lobach, and S.A. Babin. Femtosecond Pulse Inscription of FBGs in Multicore Fibers for Applications in Sensors and Lasers. OSA Advanced Photonics Congress (Zurich, Switzerland, July 2-5, 2018).
I. Chekhovskoy, I. S., Rubenchik, A. M., Shtyrina, O. V., Wabnitz, S., Fedoruk, M. P. (2018). Discrete phase front focusing in multi-core fibers with simultaneous pulse compression. In: Signal Processing in Photonic Communications 2018. ISBN: 978-1-943580-43-9, Zurich, Switzerland, July 2-5, 2018, doi: 10.1364/BGPPM.2018.JTu5A.46
D. S. Kharenko, V. A. Gonta, K. Krupa, E. V. Podivilov, S. A. Babin, S. Wabnitz. Spatial beam self-cleaning conditions in multimode graded-index fibers with different core diameter. 27th Int. Laser Physics Workshop (Nottingham, July 16-20, 2018), Technical Digest p. S8.3.3.
A.V. Dostovalov, A.A. Wolf, Е.А. Zlobina, M.I. Skvortsov, S.I. Kablukov, S.A. Babin. Advanced features of femtosecond pulse inscribed fiber Bragg gratings for fiber lasers. The VIII International Symposium “MODERN PROBLEMS OF LASER PHYSICS” (MPLP -2018, Novosibirsk, Russia, 25 August – 01 September, 2018), Tech. digest, p.63-64.
S. Wabnitz, K. Krupa, D. Modotto, G. Millot, D.S. Kharenko, V.A. Gonta, E.V. Podivilov, S. Babin, A. Tonello, A. Barthélémy, and V. Couderc. Nonlinear multimode fibers for high power fiber lasers. The VIII International Symposium “MODERN PROBLEMS OF LASER PHYSICS” (MPLP -2018, Novosibirsk, Russia, 25 August – 01 September, 2018), Tech. digest, p.73-74 (invited paper).
С.Р. Абдуллина, М.И. Скворцов, А.А. Вольф, А.В. Достовалов, И.А. Лобач, А.А. Власов, С. Вабниц, С.А. Бабин. Волоконный ВКР-лазер на основе двухсердцевинного световода с ВБР, записанными фемтосекундным излучением // Материалы Российского семинара по волоконным лазерам - 2018, с. 74-75 (г. Новосибирск, 3-7 сентября 2018 г.) c.74-75.
А.А. Вольф, А.В. Достовалов, С.Вабниц, С.А. Бабин «Фемтосекундная запись структур показателя преломления в многомодовых и многосердцевинных волоконных световодах». Материалы Российского семинара по волоконным лазерам – 2018 (г. Новосибирск, 3-7 сентября 2018 г.), с. 200-201.
I.S. Zhdanov, D.S. Kharenko, S.A. Babin. All fiber erbium mode locked hybrid laser with energy pulses. Int. School on Nonlinear Photonics (Novosibirsk, 21-24 August 2018), Proceedings, NSU:Novosibirsk, p.31-32 (2018)
S.A. Babin, Dissipative Raman solitons Int. School on Nonlinear Photonics (Novosibirsk, 21-24 August 2018) (invited lecture).

- October 13th, 2017: STEMS project presented by S. Wabnitz's seminar at MPQ Laboratory, Paris Diderot University, France
- October 19th, 2017: STEMS project presented by S. Wabnitz's seminar at Thales Research and Technology France, Campus Polytechnique, Palaiseau, France

Основные публикации ведущего ученого

Self-induced transparency solitons in nonlinear refractive periodic media, AB Aceves, S Wabnitz, Physics Letters A 141 (1-2), 37-42
Soliton switching in fiber nonlinear directional couplers, S Trillo, EM Wright, GI Stegeman, S Wabnitz, Optics letters 13 (8), 672-674
Discrete self-trapping, soliton interactions, and beam steering in nonlinear waveguide arrays, AB Aceves, C De Angelis, T Peschel, R Muschall, F Lederer, S Trillo, ...Physical Review E 53 (1), 1172
Experimental observation of polarization instability in a birefringent optical fiber, S Trillo, S Wabnitz, RH Stolen, G Assanto, CT Seaton, GI Stegeman, Applied physics letters 49 (19), 1224-1226
Stability analysis of nonlinear coherent coupling, B Daino, G Gregori, S Wabnitz, Journal of applied physics 58 (12), 4512-4514
Solutions of the vector nonlinear Schrödinger equations: evidence for deterministic rogue waves, F Baronio, A Degasperis, M Conforti, S Wabnitz, Physical review letters 109 (4), 044102
Modulational polarization instability of light in a nonlinear birefringent dispersive medium, S Wabnitz, Physical review A 38 (4), 2018
Spatial modulational instability and multisolitonlike generation in a quadratically nonlinear optical medium, RA Fuerst, DM Baboiu, B Lawrence, WE Torruellas, GI Stegeman, S Trillo, ...Physical review letters 78 (14), 2756
Dissipative modulation instability in a nonlinear dispersive ring cavity, M Haelterman, S Trillo, S Wabnitz, Optics communications 91 (5-6), 401-407
Optical solitary waves induced by cross-phase modulation, S Trillo, EM Wright, GI Stegeman, S Wabnitz ,Optics letters 13 (10), 871-873
Second-harmonic generation in silicon waveguides strained by silicon nitride, M Cazzanelli, F Bianco, E Borga, G Pucker, M Ghulinyan, E Degoli, ...Nature materials 11 (2), 148-154
Soliton stability and interactions in fibre lasers, Y Kodama, M Romagnoli, S Wabnitz, Electronics Letters 28 (21), 1981-1983
Pulse solutions of the cubic-quintic complex Ginzburg-Landau equation in the case of normal dispersion, JM Soto-Crespo, NN Akhmediev, VV Afanasjev, S Wabnitz, Physical Review E 55 (4), 4783
New all-optical devices based on third-order nonlinearity of birefringent fibers, B Daino, G Gregori, S Wabnitz, Optics letters 11 (1), 42-44
Nonlinear nonreciprocity in a coherent mismatched directional coupler, S Trillo, S Wabnitz, Applied physics letters 49 (13), 752-754
Soliton switching in nonlinear couplers, M Romagnoli, S Trillo, S Wabnitz, Optical and quantum electronics 24 (11), S1237-S1267
Optical Solitons: Theoretical Challenges and Industrial Perspectives: Les Houches Workshop, September 28–October 2, 1998, VE Zakharov, S Wabnitz, Springer Science & Business Media
Hexagonally patterned beam filamentation in a thin liquid-crystal film with a single feedback mirror, M Tamburrini, E Santamato, M Bonavita, S Wabnitz,Optics letters 18 (11), 855-857
Additive-modulation-instability ring laser in the normal dispersion regime of a fiber, M Haelterman, S Trillo, S Wabnitz, Optics letters 17 (10), 745-747

Заведующий лабораторией: ведущий ученый проф. Вабниц Стефан

Достижения и награды

Признанный мировой специалист в теории поверхностных волн, а также специалист по нелинейным эффектам в волоконно-оптических системах связи. Его исследовательская деятельность на протяжении более чем 30 лет проходила в ведущих академических и промышленных учреждениях как в Европе, так и в США. Результаты работ Стефана Вабница опубликованы более чем в 600 статьях в международных журналах, конференциях и главах книг, которые получают 300 цитирований в год в среднем за 30 лет (данные взяты с портала Google Scholar). Его работы определили развитие таких областей, как нелинейное взаимодействие мод волн, поляризационные нестабильности, а также генерация и передача оптических солитонов

Область научных интересов

Нелинейная кремниевая фотоника, распространение импульсов в оптических волокнах и волноводах, теория и приложения оптических солитонов, полностью оптическая коммутация, фотонные кристаллические волокна и волноводы, лазерные источники суперконтинуума.
Построение и моделирование высокоскоростных оптических систем связи, действующих на больших расстояниях.
Сверхкороткие волоконные лазеры и лазеры с синхронизацией мод.
Фундаментальные нелинейные оптические процессы, вынужденное рассеяние, многоволновое смешение

Сотрудники:

Бабин Сергей Алексеевич, главный научный сотрудник
Беднякова Анастасия Евгеньевна, научный сотрудник
Бочек Дарья Владимировна, лаборант-исследователь
Ватник Илья Дмитриевич, научный сотрудник
Вольф Алексей, младший научный сотрудник
Гервазиев Михаил Дмитриевич, лаборант-исследователь
Гонта Вячеслав Александрович, лаборант-исследователь
Горбунов Олег Александрович, лаборант-исследователь
Достовалов Александр Владимирович, научный сотрудник
Ефремов Владислав Дмитриевич, лаборант-исследователь
Жданов Иннокентий, младший научный сотрудник
Карпик Павел Александрович, лаборант
Мишевский Михаил Сергеевич, лаборант
Паньков Артем Владимирович, лаборант-исследователь
Подивилов Евгений Вадимович, главный научный сотрудник
Редюк Алексей Александрович, младший научный сотрудник
Саламатин Алексей Константинович, лаборант
Сидельников Олег Сергеевич, лаборант-исследователь
Скворцов Михаил Игоревич, младший научный сотрудник
Скидин Антон Сергеевич, научный сотрудник
Смирнов Сергей Валерьевич, старший научный сотрудник
Терехов Иван Сергеевич, старший научный сотрудник
Трубицина Елена Анатольевна, ведущий инженер
Федорук Михаил Петрович, ведущий научный сотрудник
Хань Чжиюн, лаборант-исследователь
Харенко Денис Сергеевич, старший научный сотрудник
Чеховской Игорь Сергеевич, лаборант-исследователь
Чуркин Дмитрий Владимирович, ведущий научный сотрудник
Штырина Ольга Владимировна, научный сотрудник
Якушин Сергей Сергеевич, младший научный сотрудник
Яруткина Ирина Александровна, инженер