Исследования и разработки

2023

Разработан новый метод генерации шумоподобных импульсов в волоконных лазерах Разработан и исследован новый метод генерации шумоподобных (noise-like) импульсов в волоконных лазерах за счёт синхронизации мод излучения при периодическом сжатии/расширении солитонов. Сжатие/расширение солитонов может осуществляться в волокнах с дисперсией разных знаков. Результаты исследований помогают понять механизмы, вовлечённые в генерацию и стабилизацию шумоподобных импульсов в волоконных лазерах и открывают путь к созданию некогерентных лазеров на основе этих импульсов.

Новый эффект при гиперполяризации газа Выявлен новый эффект, связанный с возникновением осцилляции резонансного поглощения излучения в ячейке с парами рубидия в присутствии азота и ксенона, поляризация которого осуществлялась при помощи спин-обменной оптической накачки. Эффект наблюдается в диапазоне параметров, близким к рабочим, поэтому его изучение имеет практическое значение.

2022

Ультра-чувствительный векторный магнитометр На основе компактных КПН атомных часов методом небольшой их модификации разработан магнитометр, сочетающий ультра-высокую чувствительность измерений (уровень суб-нT/Гц^1/2) с относительно высоким угловым разрешением (~10^-2 град.). Особенностями уникального атомного магнитометра являются: отсутствие движущихся частей и малый размер. Для модификации атомных часов используется трехкоординатная система катушек Гельмгольца для компенсации внешнего магнитного поля. Каркас системы катушек может быть изготовлен на 3D принтере.

Суперконтинуум для телеком применений Актуализирован обзор, посвящённый применению широкополосного излучения для систем оптической связи. Показан прогресс в разработке суперконтинуума (различные механизмы спектрального уширения и т.д.) для волоконных и открытых оптических телекоммуникаций. Многоканальные WDM и DWDM технологии получают новый импульс к развитию при использовании суперконтинуума в качестве источника излучения. Одной из нерешённых пока проблем указывается спектральная неоднородность свойств этого излучения. Выравнивание характеристик суперконтинуума в разных спектральных областях позволит этому типу излучения доминировать в оптических коммуникациях.

2021

Методы машинного обучения для создания "умных" лазеров будущего Дан глубокий анализ методов машинного обучения в тех лазерах, которые сложно настроить вручную. Несмотря на недостаточность исследования свойств некоторых лазеров, эти лазеры могут быть реализованы в виде прикладных инженерных устройств с использованием методов машинного обучения. В отдельных случаях эти методы эффективны для трансформации изучаемой нелинейной физической системы в практическое устройство. Применение методов машинного обучения в волоконных лазерах лежит в фарватере современных технологий, сочетающих простоту эксплуатации с возможностью гибкого управления сложной системой.

Новый метод активной синхронизации мод излучения ультрадлинного иттербиевого лазера с поддержкой поляризации излучения. Показаны преимущества квази-синхронной накачки при небольшом рассогласовании частоты модуляции тока лазера накачки с фундаментальной частотой резонатора волоконного задающего генератора. Достигнута относительно высокая энергия импульсов (130 нДж) наносекундной длительностью в суб-МГц диапазоне частот повторения. Преимуществом разработанного лазера является отсутствие насыщающегося поглотителя и оптического модулятора. Метод обеспечивает генерацию и профилирование наносекундных импульсов несмотря на время жизни верхнего лазерного уровня в миллисекундном диапазоне. Продемонстрированный подход позволяет надеяться на дальнейшее укорочение лазерных импульсов.

2020

Рамановский преобразователь шумоподобных импульсов Предложен и исследован метод преобразования структурированных шумоподобных лазерных импульсов в традиционные бесструктурные когерентные импульсы с помощью вынужденного комбинационного рассеяния. Показано, что эффективность преобразования может превышать 45%. Предложенный эффективный метод преобразования шумоподобных импульсов, способных нести относительно высокую энергию излучения и поддерживающих относительно высокую среднюю мощность излучения, позволяет рассматривать шумоподобные импульсы в качестве перспективных носителей высокой энергии излучения.

Запуск различных режимов генерации в волоконных лазерах с помощью волноводного электро-оптического переключателя Разработан способ электронного переключения существенно отличающихся импульсных режимов генерации в волоконном лазере. Электроуправляемым элементом резонатора лазера может служить волноводный электро-оптический переключатель, который под действием управляющего сигнала может изменять пропускание. Использование этого элемента в качестве выходного “зеркала” резонатора лазера позволяет реализовать широкий спектр импульсных режимов генерации, в число которых входят синхронизация мод излучения, гармоническая синхронизация мод излучения и модуляция добротности. Широкие функциональные возможности этого электроуправляемого элемента продемонстрированы впервые, особую важность этим исследованиям придаёт общий ограниченный выбор электроуправляемых элементов, способных работать в полностью волоконном исполнении.

2019

Миниатюрные атомные часы с уменьшенным энергопотреблением Исследованы возможности уменьшения энергопотребления квантового стандарта частоты на основе эффекта когерентного пленения населённостей. Установлено, что при оптической накачке паров 87Rb многочастотным лазерным излучением, формируемым за счёт боковых частот одночастотного лазера при модуляции его тока на дробной частоте (1/3) относительно частоты сверхтонкого расщепления основного состояния, можно уменьшить энергопотребление в полтора раза относительно стандартной реализации без существенного ухудшения стабильности квантового стандарта частоты.

Фемтосекундный Er волоконный лазер с рекордно широкой областью перестройки длины волны излученияg Разработан и создан волоконный эрбиевый лазер с синхронизацией мод излучения, в котором реализована рекордно широкая перестройка центральной длины волны фемтосекундных импульсов от 1524 нм до 1602 нм. Предложенная оригинальная drop-shaped топология резонатора волоконного лазера позволила создать компактный широко-перестраиваемый fs fibre laser нового поколения с единственным объёмным элементом – дифракционной решёткой, используемой для спектральной перестройки линии излучения лазера.

2018

Кластеры фемтосекудных импульсов с рекордно высокой энергией на длине волны 1270 нм Разработан новый подход к однокаскадному ВКР преобразованию лазерных импульсов из спектральной области вблизи 1,1 мкм в 1.3-мкм спектральную область. Преобразование выполнено с использованием кластеров фемтосекундных импульсов при синхронной накачке внешнего волоконного резонатора из фосфоросиликатного волокна с подстройкой частоты следования импульсов накачки к межмодовой частоте внешнего резонатора. Это позволило получить кластеры фемтосекундных импульсов с рекодной энергией 63 nJ на длине волны 1270 нм при длительности огибающей кластера 88-180 ps и длительности суб-импульсов 200 фс.

Волоконный лазер ультракоротких импульсов с электронным управлением генерационными режимами Впервые продемонстрирована возможность реализации существенно различающихся режимов генерации в иттербиевом волоконном лазере с синхронизацией мод излучения. Электронная регулировка позволила устанавливать стабильные режимы генерации импульсов с разной степенью когерентности и изменять их параметры в относительно широких пределах: длительность – более, чем в два раза (30-65 ps для когерентных импульсов и 77-160 ps для некогерентных импульсов), энергию – более, чем на порядок для некогерентных импульсов (2,2-24,8 нДж) и более, чем в 8 раз для когерентных импульсов (1,9-16,2 нДж). Особенностью разработанного лазера является относительно высокая максимальная средняя мощность выходного излучения (340-520 мВт в зависимости от режима генерации), достигнутая без использования дополнительных каскадов усиления.

2015

Лабораторный прототип компактных атомных часов Разработан и создан лабораторный образец атомного стандарта частоты на основе резонанса когерентного пленения населённостей в парах 87Rb с использованием миниатюрной сферической оптической ячейки с анти-релаксационным покрытием. Достигнута стабильность стандарта частоты 7*10^(-13) за время 1000 сек. Достигнутая стабильность разработанной системы близка к предельному теоретическому значению для ячейки аналогичного размера.

Волоконный компрессор ультракоротких импульсов Разработан и создан линейный компрессор фазово-модулированных ультракоротких импульсов на основе оптоволокна с аномальной дисперсией и относительно большим диаметром сердцевины (25 мкм), близким к предельному, обеспечивающему одномодовый режим распространения излучения в волокне. Компрессор позволяет сжать импульсы до предела Фурье при их пиковой мощности до 9,4 кВт или при средней мощности излучения до 120 мВт. При мощности излучения выше этих значений сжатие импульсов возможно не до предела Фурье, а до некоторого минимального (не наименьшего) значения произведения длительности импульса на ширину его спектра на оптимальной длине оптоволоконного компрессора.

2014

Мощный волоконный иттербиевый задающий генератор ультракоротких импульсов Разработан и создан волоконный иттербиевый задающий генератор с синхронизацией мод излучения за счет использования нелинейного усиливающего петлевого зеркала и отличающийся рекордно-высокой средней мощностью выходного излучения, превышающей 1 Вт. Генерируемые фемтосекундные кластеры с частотой повторения 25 МГц имели огибающую длительностью не более 23 пс и характерную длительность внутрикластерных пульсаций менее 200 фс.

Волоконный непрерывный лазер с удвоением частот Разработан и создан волоконный непрерывный лазер с удвоением частот в высокодобротном резонаторе, частично связанным с резонатором волоконного лазера. Впервые предложенная схема удвоения частот излучения непрерывного волоконного лазера в частично связанном внешнем резонаторе позволила существенно увеличить эффективность удвоения при относительно небольшой мощности излучения накачки и реализовать эффективную спектральную перестройку линии излучения второй гармоники с диапазоне 521-545 нм.

2011

Высокоэнергетичная фемтосекундная волоконная лазерная система для создания микро- и наноструктур в прозрачных средах и на поверхностях твёрдых материалов Разработана и исследована волоконная лазерная система с длинами волн излучения 1086 и 543 нм, имеющая энергию фемтосекундных импульсов излучения соответственно 1 и 0,3 мкДж на этих длинах волн. Система предназначена для создания различных микро- и наноструктур в стеклах, оптических кристаллах, оптоволокнах, а также на поверхностях металлов. Совокупность достигнутых параметров излучения системы открывает хорошие перспективы для дальнейшего эффективного параметрического преобразования длин волн излучения данной системы как в видимом диапазоне спектра, так и в ИК области вплоть до 2,5-3 мкм.

Пикосекундный волоконный Yb лазер с синхронизатором мод на основе наноэлементов Исследован волоконный иттербиевый лазер с синхронизацией мод излучения за счет применения созданного плёночного насыщающегося поглотителя на основе углеродных нанотрубок. Разработана и реализована технология получения плёнок из поливинилового спирта, содержащих углеродные нанотрубки с регулируемой объёмной концентрацией и высокой степенью однородности. Использованы одностенные углеродные нанотрубки с диаметром 0,8 нм, средней длиной 1 мкм и насыщающимся поглощением в области 900-1100 нм. На основе этих нанотрубок были изготовлены насыщающиеся поглотители, способные инициировать и поддерживать в течении длительного времени режим самосинхронизации мод излучения волоконного Yb лазера.

2010

Волоконные Рамановские конвертеры ультракоротких лазерных импульсов Разработаны волоконные внутрирезонаторные и внерезонаторные Рамановские конвертеры фемтосекундных и пикосекундных импульсов, позволяющие получить импульсы в спектральной области 1130-1300 нм при перестройке длины волны основного излучения (Yb лазер) в диапазоне 1075-1120 нм.

Мощные источники ультра-узкополосного синего излучения для охлаждения атомов иттербия, эрбия и диспрозия Разработаны и исследованы лазерные системы на основе мощного титан-сапфирового лазера и внешнего резонансного удвоителя, обеспечивающие мощность непрерывного излучения на длинах волн 399/401/421 нм более 1 Вт при ширине линии менее 10 кГц.

Синхронизация мод излучения в волоконном лазере длиной 25 км Впервые получена синхронизация мод излучения в рекордно длинном резонаторе, оптическая длина которого составляет около 37 км. За счет уменьшения частоты повторения импульсов до 8,1 кГц удалось повысить энергию импульсов до 3,7 мкДж.

2009

Промышленный потенциал Сибири: Разработки Учебно-Научно-Инновационного кластера "Лазерная фотоника и оптоинформатика" Передовые твердотельные и волоконные лазерные системы, генераторы суперконтинуума.

Автоскан-лазер: прецизионная автоматическая перестройка длины волны излучения в ультра-широкой спектральной области Разработан компьютерно-управляемый и широко-перестраиваемый по длине волны излучения лазер для решения исследовательских и технологических задач в области нанофизики и биологии. Полная рабочая спектральная область лазера составляет 275-1100 нм, ширина линии излучения - 0.5-1 ГГц. Автоматическая настройка лазера на заданную длину волны излучения производится с помощью встроенного прецизионного измерителя длин волн излучения и разработанного оригинального алгоритма управления селектирующими элементами лазера.

Высокоэнергетичный волоконный генератор суперконтинуума Создан цельноволоконный генератор суперконтинуума с рекордно высокой энергией импульсов, составляющей 40 мкДж. Генератор суперконтинуума создан на базе уникального ультра-длинного иттербиевого волоконного задающего генератора с энергией выходных импульсов 4 мкДж, которые далее усиливались дополнительным усилителем и вводились в микроструктурное волокно длиной 30 м. При длительности импульсов 10 нс и частоте повторения 37 кГц получена генерация высокоэнергетичных импульсов суперконтинуума в спектральной области 500-1750 нм.

Генерация двойных фемто/пикосекундных импульсов в волоконном иттербиевом лазере с самосинхронизацией мод Исследован впервые полученный в иттербиевом волоконном лазере с синхронизацией мод режим генерации цугов пикосекундных импульсов со стохастической фемтосекундной “начинкой”. Показано, что наблюдаемый режим может препятствовать одноимпульсной генерации в длинных волоконных лазерах с синхронизацией мод излучения. Полученный режим генерации характеризуется необычной двойной автокорреляционной функцией выходных импульсов, имеющей узкий фемтосекундный пик на пикосекундном пьедестале.

2008

Создан гибридный импульсный лазер с рекордными параметрами Создан гибридный волоконно-дискретный лазер с синхронизацией мод, имеющий ряд рекордных параметров для лазеров этого типа: ультра-малая частота следования импульсов (77 кГц), сверх-длинный оптический резонатор лазера (3,8 км) и высокая энергия импульсов излучения (3,9 мкДж) без использования модуляции добротности и дополнительных усилителей

Разработан оригинальный дизайн волоконной системы с модуляцией добротности Разработана оригинальная гибридная волоконно-дискретная лазерная система с модуляцией добротности, в которой для накачки как задающего генератора, так и оптического усилителя используется единственный источник излучения

Разработаны и исследованы методы динамического управления параметрами суперконтинуума Разработаны и исследованы волоконные генераторы суперконтинуума (СК) с расширенным набором управляемых параметров в реальном масштабе времени. Показаны возможности изменения спектральной плотности мощности СК за счет изменения частоты следования импульсов и длины волны излучения лазера накачки; повышение степени когерентности СК за счет выбора оптимальной фазовой модуляции импульсов накачки; изменение частоты следования импульсов СК, генерируемых в схеме с двухволновой накачкой, за счет изменения разности частот

2007

Экспериментально исследованы возможности стабилизации частоты излучения лазеров с помощью измерителя длин волн излучения Впервые экспериментально продемонстрирован эффективный метод уменьшения долговременного дрейфа линии излучения одночастотных CW Ti:Sapphire & Dye лазеров c использованием прецизионного быстродействующего измерителя длин волн излучения и цифро-аналоговой системы обратной связи. Подобная система может быть использована для одночастотных лазеров разных типов (твердотельных, волоконных, диодных, жидкостных и т.д.) и позволяет на порядок и более уменьшить долговременный дрейф линии излучения лазеров, в которых не используются другие системы долговременной стабилизации частоты излучения

Создана уникальная гибридная твердотельно-волоконная лазерная система Разработана и исследована гибридная субпикосекундная система на основе твердотельного Yb:KYW-лазера и волоконного Yb-усилителя, изготовленного по GTWave-технологии. При накачке системы непрерывным излучением на длине волны 980 нм общей мощностью 12 Вт на выходе были получены импульсы длительностью 900 фемтосекунд в диапазоне 1038÷1053 нм при средней мощности излучения 4 Вт. Впервые измерены коэффициенты усиления волоконного GTWave-усилителя на иттербии в диапазоне длин волн генерации Yb:KYW-лазера

Исследованы генераторы суперконтинуума при импульсной и непрерывной накачке Исследован эффект генерации суперконтинуума (СК) в оптических волокнах при импульсном и непрерывном возбуждении. Проанализированы оптимальные режимы генерации с точки зрения различных применений данного эффекта. Показано, что благодаря возможности достижения относительно высокой спектральной и пространственной плотности излучения СК при непрерывной накачке этот режим генерации СК имеет определенные перспективы