Разработка физических основ короткоимпульсных волоконных источников излучения с резонаторами на основе новых топологий. Этап 1 (промежуточный)

Ключевой задачей, решаемой на текущем этапе проекта, являлось определение типа топологий резонаторов волоконных лазеров, обеспечивающих относительно простое электронное управление параметрами импульсов в широких пределах и высокие эффективность генерации в сочетании со стабильностью и воспроизводимостью параметров. Выявлены два типа интересных топологий, которые без использования сложных компьютерных алгоритмов способны решить поставленную задачу управления параметрами генерируемых импульсов: резонаторы с двумя активными средами и гибридные полупроводниково-волоконные резонаторы. Как показали проведённые исследования первый тип резонаторов (F8 резонаторы с двумя активными средами) позволяет осуществлять относительно простое программно-электронное управление режимами генерации лазера, что ведёт к генерации солитонных молекул с разными контролируемыми свойствами. Данная топология резонаторов волоконных лазеров рассматривалась ранее как одна из наиболее перспективных для достижения цели данного проекта (за счет программно-электронного комбинирования мощностей излучения накачки), однако, как показали исследования текущего этапа проекта данная топология резонаторов имеет ограничения по числу режимов генерации лазера и пока не является универсальной, хотя и удобной для реализации определённых задач (генерация солитонных молекул, генерация паттернов импульсов и т.д.). Необходимо отметить, что управление режимами генерации лазера предполагает также управление свойствами генерируемых импульсов, хотя два этих вида управления не всегда взаимосвязаны. Именно поэтому были изучены условия, при которых было возможно изменять свойства генерируемых импульсов (структуру, степень когерентности и т.д.). Выявлено, что это возможно с использованием ещё одной технологии, которая позволяет преобразовывать структурированные лазерные импульсы с частичной когерентностью в традиционные когерентные импульсы с хорошей эффективностью. Предложенный метод преобразования обладает некоторой универсальностью и подходит также к солитонным молекулам, так как его реализация предполагает отсутствии связи между структурой входных и преобразованных импульсов. Стоит отметить общий характер предложенного метода преобразования импульсов, например, для повышения их энергии. В настоящее время для увеличения энергии импульсов общеизвестным является метод CPA (сhirped-pulse amplification). Этот метод широко применяется и стал генеральным методом увеличения энергии импульсов. Альтернативным методом увеличения энергии импульса может быть усиление кластера ультракоротких импульсов с последующим эффективным преобразованием структурированного кластера в мощный “бесструктурный” импульс. Эта идея родилась в рамках выполнения данного этапа и имеет перспективы для дальнейшего изучения. Так, например, энергию импульса (кластера в данном случае) 10 мкДж и более (что является относительно существенной величиной) можно достичь непосредственно в волоконном задающем генераторе даже без систем усиления.