Новосибирский случайный лазер: прорыв в лазерных технологиях
20 июля в журнале Scientific Reports группы Nature опубликована статья российских физиков. В ней впервые продемонстрирован случайный волоконный лазер на основе висмутового активного световода.
Работа является результатом объединения усилий научных коллективов из московского Научного центра волоконной оптики (НЦВО) РАН под руководством академика Евгения Дианова и новосибирского Института автоматики и электрометрии (ИАиЭ) СО РАН под руководством члена-корреспондента РАН Сергея Бабина, являющихся мировыми лидерами в области висмутовых волоконных световодов для оптической связи и высокоэффективных случайных волоконных лазеров, соответственно. «Скрещивание» двух перспективных направлений волоконной оптики дало уникальный результат.
Световоды, легированные висмутом, являются новым типом активных сред с уникально широким спектральным диапазоном усиления и генерации (от 1,1 до 1,8 мкм) — они были предложена и активно развиваются в московском НЦВО, в основном для создания сверхширокополосных усилителей для оптоволоконных линий связи. Известно, что повышение концентрации висмута ведёт к его кластеризации (слипанию), поэтому рэлеевское рассеяние в них и длина таких световодов больше, чем у обычных активных световодах, легированных иттербием или эрбием. Однако эти «недостатки» становятся решающим преимуществом в схеме случайной генерации на рэлеевском рассеянии. Вот поэтому новосибирским и московским физикам пришла идея объединить технологии случайных резонаторов на рэлеевском рассеянии и висмутовых волоконных световодов — реализовать случайную генерацию в активном висмутовом световоде.
В результате такого объединения получился уникальный волоконный лазер. Помимо компактности и простоты схемы, случайный лазер на висмутовом световоде имеет отличные выходные характеристики как по к.п.д. генерации, так и по когерентности генерируемого излучения. Ширина спектра, определяющая длину когерентности, оказалась в 3 раза меньше, чем у обычного лазера с двухзеркальным резонатором в том же световоде. В работе также построена теоретическая модель формирования спектра генерации такого лазера, объясняющая его уникальные свойства. Относительно узкий спектр лазера позволяет эффективно генерировать высшие гармоники и преобразовывать его в видимый и УФ диапазон практически на произвольной длине волны, тем самым создавать новые источники излучения для применений в различных технологиях визуализации, например, в биомедицинской диагностике и лазерных дисплеях, которые используют для освещения лазерное излучение. Особенно важно то, что спектр случайного лазера не имеет характерной для обычных лазеров модовой структуры, что уменьшает влияние спеклов (мерцающих точек), в результате чего изображение становится очень чётким и качественным.