Научные сотрудники Отдела лазерной физики и инновационных технологий Новосибирского государственного университета (ОЛФиИТ НГУ) и Института автоматизации и электрометрии СО РАН проанализировали различные аспекты, связанные с генерацией шумоподобных импульсов, и предложили новый механизм их стабилизации на основе аналогии такого импульса с каплей солитонной жидкости.

Также они рассмотрели свойства шумоподобных импульсов и выявили причины их низкой когерентности. Статья С.М. Кобцева и А.К. Комарова «Noise-like pulses: stabilization, production, and application» была опубликована в журнале Journal of the Optical Society of America B и стала одной из самых скачиваемых в апреле-июне 2024 года.

Отдел лазерной физики и инновационных технологий НГУ, сотрудники которого исследуют уникальные шумоподобные (noise-like) импульсы, традиционно занимается передовыми исследованиями в области волоконных лазеров. Высокий уровень этих исследований отмечен как на международном, так и на национальном уровне. Сотрудники Отдела регулярно выигрывают гранты Российского научного фонда, участвуют в поставках лазерного оборудования в России и за рубежом.

«Шумоподобные импульсы, генерируемые при определённых условиях в волоконных лазерах с синхронизацией мод излучения, представляют собой уникальное состояние электромагнитного поля. Они были открыты не так давно — лет 25 назад, и долгое время считалось, что эти импульсы практически не имеют перспектив применения. Однако более детальные исследования свойств шумоподобных импульсов выявили их некоторые преимущества при генерации суперконтинуума, при вынужденном комбинационном преобразовании, при генерации второй гармоники излучения и т.д. Шумоподобные лазерные импульсы становятся более полезными по мере более детального изучения их свойств. ОЛФиИТ НГУ занимает одно из ведущих позиций в мире по изучению этих уникальных импульсов», — объяснил доктор физико-математических наук Сергей Кобцев.

В статье описано исследование, проводимое в рамках проекта «Фундаментальные основы формирования низкокогерентного короткоимпульсного лазерного излучения», поддержанного грантом РНФ на 2022-2024 годы. На основе шумоподобных импульсов может быть создан некогерентный лазер, востребованный в приложениях, где спекл-структура излучения является паразитным эффектом. Она является результатом случайной интерференции, в образовании которой могут принимать участие отраженные от облучаемой поверхности волны, а также падающие волны. К паразитной интерференции в ряде применений приводит высокая когерентность, ассоциирующаяся с лазерным излучением. При уменьшении степени его когерентности снижается и паразитный эффект.

Некогерентный (или низкокогерентный) лазер может быть создан на основе режима генерации шумоподобных импульсов, отличающихся также сравнительно малой длительностью (нано-пико-фемтосекундный диапазон). Излучение шумоподобных импульсов может быть низкокогерентным и коротко-импульсным, однако оптимальные пути получения этих импульсов в лазерах (преимущественно волоконных) до сих пор находятся в стадии изучения.

В настоящее время учёные создают прототип технологической платформы для дальнейших разработок нового поколения лазеров, используя оптоволоконные технологии.

«Низкокогерентный лазер может занять нишу между традиционными некогерентными (лампа, светодиод, усиленное спонтанное излучение и т.д.) и когерентными («обычный» лазер) источниками излучения как источник излучения нового поколения с уникальным сочетанием свойств и особой областью применений. Лазерные источники низкокогерентного или некогерентного излучения будут востребованы множеством приложений, где паразитная интерференция излучения, вызванная его когерентностью, может негативно влиять на результат применения лазерного излучения. В числе этих приложений — проекционные лазерные системы, например, «лазерный телевизор», а также устранение спекл-шума, вызванного диффузно рассеянным когерентным излучением, а также многие режимы обработки материалов (устранение модуляции световых полей из-за перекрестной интерференции множества компонентов когерентного излучения), многие биомедицинские задачи (устранение интерференции при рассеянии когерентного лазерного излучения на коже или в объёме среды) и т.д. Разработка новых востребованных источников излучения (лазерных источников некогерентного излучения) открывает путь к совершенствованию многих существующих технологий и к созданию новых», — сказал Сергей Кобцев.

По мнению исследователей, задействованных в данном проекте, появление качественно новых источников оптического излучения может изменить многие уже существующие технологии и инициировать возникновение новых, а фундаментальные и прикладные результаты из работы будут востребованы для дальнейших исследований и разработок.

 

Текст: Елена Панфило.
Источник: пресс-служба НГУ.