Главная – Журналы – Автометрия 2023 номер 1

Представлены результаты в области создания непрерывных висмутовых лазеров в интервале длин волн 1,3-1,5 мкм с диодной накачкой (с помощью многомодовых полупроводниковых лазерных диодов). Рассматривается концепция разработки таких устройств на примере лазерной схемы. Обсуждаются вопросы, касающиеся особенностей работы висмутовых лазеров с накачкой в оболочку, их основных параметров (эффективности, мощности генерации, стабильности). Также рассматриваются возможности оптимизации параметров таких устройств путём изменения геометрии внутренней оболочки и использования двухволновой накачки.

Исследованы возможности генерации пикосекундных импульсов среднего инфракрасного диапазона в рамановских газовых волоконных лазерах. С использованием в качестве активной среды револьверного световода, заполненного смесью молекулярных дейтерия и водорода, впервые реализована эффективная рамановская генерация на длине волны 3,9 мкм, при этом длительность импульсов составила 4,6 пс, а энергия в импульсе достигала 10 мкДж.

We review our development of wavelength tuneable, high average power, picosecond-pulse, mid- infrared sources in the three micron widow for proposed application in tissue ablation studies and with the objective of source simplification and exploring the potential of all-fiber integration. Initial systems were based on difference frequency generation (DFG) of two synchronous master oscillator power fiber amplifier (MOPFA) schemes. The generated idler was tuneable over the range 3.28-3.45 µm, delivering greater than 3 W of average power, with a maximum pump to total DFG power conversion efficiency of 78 %. By simplifying the seed sources through synchronised in-line modulation of cw diode laser sources, more than 6 W was generated 3.31-3.48 µm with similar efficiency and with near diffraction limited beam quality (M² = 1.4). In an improved and significantly simplified experimental configuration a source emitting around 3 µm was developed employing a novel χ⁽³⁾/χ⁽²⁾ cascaded nonlinear conversion architecture. Picosecond pulses from a 1.064 µm mode-locked Yb:fiber pump laser were used to generate 1.65 µm signal pulses through χ⁽³⁾ based four-wave mixing in a polarisation preserving photonic crystal fiber (PCF). The output of the PCF was then directly focused into a periodically poled lithium niobate crystal, generating idler radiation around 3 µm, with peak powers of ~0.5 kW, via χ⁽²⁾-based three-wave mixing between the pump and signal pulses.

Квантовые сжатые состояния света, характеризующиеся уменьшенной квантовой неопределённостью по одной из квадратурных переменных ниже неопределённости вакуумного состояния (стандартного квантового предела), играют большую роль в современных фундаментальных и прикладных исследованиях. Приведены основные сведения о свойствах и проявлениях сжатых состояний. Дан краткий обзор методов получения и детектирования квантового сжатого света, при этом особое внимание уделено волоконным схемам. Подробно рассмотрен керровский механизм генерации сжатых состояний, реализующийся в различных вариантах волоконных систем. Представлена экспериментальная схема генерации поляризационно-сжатых состояний на основе нелинейного волокна с сохранением поляризации. Рассмотрены различные факторы, ограничивающие сжатие.

Nonlinear optics in multimode fibers (MMFs) has had a renaissance over the past two decades, driven by both basic and applied research. MMFs provide an ideal setting for studying multidimensional systems with their complicated collective dynamics. The uniqueness of MMF including the spatial degree of freedom, spatiotemporal dynamics and inherent disorder make them an ideal tool for exploring novel physics beyond communication. Here, we briefly discuss an overview of nonlinear dynamics in MMFs by focusing their applications in spatiotemporal pulse shaping, self-beam cleaning, and broadband continuum generation. The nonlinearities in MMFs can be useful in linear and nonlinear imaging in microscopy and endoscopy configurations. The growing interest among researchers for nonlinearity in MMFs fibers is pretty evident, indicating a growth in the value of MMFs.

We overview our recent experimental studies on the nonlinear spatial reshaping of multimode beams at the output of multimode optical fibers. We use a holographic mode decomposition technique, which permits to reveal the variation of the spatial mode composition at the fiber output, as determined by either conservative (the Kerr effect) or dissipative (Raman scattering) nonlinear processes. For the first case, we consider the effect of spatial beam self-cleaning, and we compare experimental mode decompositions with predictions based on the thermodynamic theory, including the case of beams carrying nozero orbital angular momentum. For the second case, we analyze the beam mode content at the output of a Raman laser based on a graded index multimode fiber.

We experimentally and numerically demonstrate the inability for picosecond telecom pulses to form a single multimode soliton in a graded-index fiber. This property is useful in space-division multiplexed systems, to transmit independent soliton channels which do not merge into a single multimode soliton.

Приведён обзор новых средств фотоники, основанных на использовании вынужденного рассеяния Мандельштама - Бриллюэна (ВРМБ) в оптических световодах. Основное внимание уделено оригинальным схемам узкополосных малошумящих лазеров и их возможным применениям для распределённых волоконных измерений.

Представлен обзор основных шумовых процессов, влияющих на работу фазочувствительных когерентных рефлектометров. Изложенный материал может использоваться в образовательных целях. Приведены результаты измерений с применением искусственно модифицированных одномодовых волокон с массивами искусственных рассеивателей, распределённых вдоль длины волокна. Продемонстрированы и проанализированы их преимущества по сравнению с обычными волокнами. Показана связь фазовых шумов зондирующего лазера с фазовыми шумами в сигнале рефлектометра.

Исследованы спектральные и фазовые свойства динамических решёток населённости в различных образцах иттербиевых волокон при различных мощностях записывающего и накачивающего излучений. Оказалось, что, несмотря на различия между образцами, мощностные зависимости имеют схожий характер, который определяется коэффициентом усиления в волокне и мощностью насыщения в нём. Показано, что фаза динамической решётки принимает постоянное значение, меняя его только в момент перехода решётки поглощения в решётку усиления. Экспериментально проиллюстрировано существенное влияние фазовой составляющей в динамических решётках населённости на ионах иттербия.

Под действием света в условиях плазмонного резонанса металлические наночастицы индуцируют тепло в наномасштабе. Этот эффект формирует основу для термоплазмонного зондирования фазовых изменений, происходящих в наноразмерных системах, исследование которых является ключевой задачей в современном материаловедении. Несмотря на очевидную простоту такого подхода, усиленное поглощение света резонансными наноструктурами не гарантирует желаемого оптического нагрева в случаях, когда теплопроводность среды значительно превышает теплопроводность плазмонной наноструктуры. Предлагается подход к созданию управляемого нагрева плазмонных наноструктур путём наноструктурирования поверхности термостата, что демонстрируется с помощью термоплазмонной метаповерхности, представляющей собой массив вокселей TiN:Si - вертикальную систему наноструктур из нитрида титана (TiN) и кремния (Si) на кремниевой подложке. Плазмонные наноструктуры TiN играют роль нанонагревателей, а варьирование высоты кремниевых тепловодов позволяет осуществлять управление температурой нагрева вокселей при фиксированном значении интенсивности накачки за счёт контроля локализации тепла. Продемонстрирована возможность зондирования фазовых переходов в наноразмерных системах на примере тонких полимерных плёнок с использованием термоплазмонной метаповерхности и спектроскопии комбинационного рассеяния света.

Локальный оптический нагрев и управление тепловыми потоками в наноразмерных масштабах посредством света играют ключевую роль во многих приложениях. К ним относятся фототермическая терапия, фотокатализ, термофотовольтаика и др. Управление температурой фотонагрева может достаточно просто осуществляться путём изменения интенсивности падающего света. Однако задача точной настройки температуры наноструктур при неизменной интенсивности накачки до сих пор остаётся нерешённой. Разработан настраиваемый наноразмерный источник тепла, состоящий из плазмонной антенны из оксинитрида титана (TiON), помещённой на вершину кремниевого цилиндра. Экспериментально показано, что изменение температуры нагрева может достигать 100 ^◦C при фиксированной интенсивности падающего излучения 5 МВт/см². Предложенный подход основан на контролируемом окислении TiON. Данный эффект позволил гибким образом настраивать диэлектрическую проницаемость материала плазмонной наноструктуры. Таким способом можно управлять сечением поглощения и, как следствие, температурой фотонагрева.