Нелинейные явления при распространении лазерного излучения в волоконных, микрорезонаторных и гибридных системах

Дан анализ режимов пассивной синхронизации мод волоконных лазеров с целью определения условий генерации световых импульсов с высокой энергией и широкими спектрами излучения. Развитая теория включает режимы диссипативного солитонного резонанса, гибридной синхронизации мод волоконных лазеров и генерации шумовых импульсов. Установлено, что механизм распада прямоугольных высокоэнергетических импульсов в волоконных лазерах с нормальной дисперсией, препятствующий дальнейшему увеличению энергии импульсов с ростом накачки, связан с фазовой модуляцией излучения на краях таких импульсов. Полученные результаты ориентированы на разработку методов формирования высокоэнергетических световых импульсов с широкими спектрами излучения. Развита векторная теория мод типа шепчущей галереи в аксиально-симметричных оптических микрорезонаторах произвольного сечения на основе анизотропных χ(²) оптических материалов. Заложены основы теории генерации оптических комбов в таких микрорезонаторах. Это включает предсказание новых антипериодических состояний и новых солитонных решений, учитывающих большую разницу групповых скоростей первой и второй световых гармоник. Продемонстрирована высокая лучевая стойкость отражательного интерферометра на основе металл-диэлектрической дифракционной структуры, которая дает возможность внутрирезонаторной селекции мод с быстрой и широкополосной перестройкой излучения. Разработаны основы технологии микро-опто-электромеханической структуры подвижного зеркала интерферометра, которая позволяет создать перестраиваемые фильтры с улучшенными характеристиками. Исследованы новые режимы нелинейного распространения сигнала по оптоволоконным линиям связи, в частности, рассчитано влияние нелокальности отклика среды на динамику поляризации импульса электрического поля в нелинейной среде с кубичной нелинейностью. Разработана методика, пригодная для описания рассеяния в нанооптике и фотонике, которая представляет собой модификацию квантово-механического борновского приближения, которое само по себе не подходит для описания рассеяния на телах с резкой границей из-за специфических граничных условий. Адаптированное борновское приближение позволяет правильно учесть граничные условия и получить решение в случае, если эти тела вносят слабые возмущения. Предложен новый метод решения задачи рассеяния света на брэгговской решётке. Методом фемтосекундной записи в сильнолегированном гольмиевом световоде впервые сформирована высококачественная волоконная брэгговская решётка (ВБР) с пи-сдвигом фазы и получена одночастотная генерация лазера с распределенной обратной связью в режиме одной поляризационной моды в области 2,07 мкм мощностью 53 мВт и шириной линии 10 кГц. Помимо регулярных структур исследовали нерегулярные структуры, сформированные в различных пассивных световодах с помощью непрерывного УФ- и фемтосекундного ИК-лазеров. Проведена оптимизация массива ВБР, записанных со случайными фазами и амплитудами в одномодовом волокне, которая позволила получить одночастотный режим генерации при мощности ~10 мВт, при увеличении выходной мощности спектр уширяется до нескольких десятков пм (при ~3 Вт). Разработана феноменологическая модель волоконного лазера с распределенной обратной связью на основе случайного набора ВБР. Проведено сравнение такого случайного лазера с различными схемами лазера со случайной обратной связью на основе рэлеевского рассеяния в волокне. Экспериментально продемонстрирована возможность применения волоконного иттербиевого лазера с самосканированием длины волны для оптической частотной рефлектометрии неоднородностей волокна. Реализованная схема демонстрирует возможность работы рефлектометра с тестовыми линиями длиной около 9 м с пространственной дискретизацией на уровне ~ 200 мкм. По результатам работ в 2019 г. опубликованы 25 статей в рецензируемых журналах (19-WoS, 6-РИНЦ), 12 статей в материалах конференций (из них 6 - Scopus), зарегистрирован 1 патент на изобретение, 1 статья принята к опубликованию.