Разработка моделей источников ультракоротких импульсов и широкополосных генераторов линейчатого спектра на основе неоднородных волоконных световодов с изменяемыми по длине дисперсионными и нелинейными параметрами

Настоящий проект посвящен разработке перспективных моделей усилителей и генераторов ультракоротких лазерных импульсов (УКИ) и их высокочастотных последовательностей и предполагает проведение ряда теоретических исследований, связанных с анализом распространения лазерного излучения в неоднородных средах под влиянием нелинейных и дисперсионных эффектов высших порядков при учете показателя глубины фазовой модуляции. Актуальность выбранного направления обуславливается прежде всего востребованностью источников генерации ультракоротких лазерных импульсов для решения многочисленных практических задач, включая лазерные технологии, медицина, лазерная фемтохимия, сверхбыстрая лазерная спектроскопия, обработка и модификация материалов, включая лазерное легирование, оптическая связь, ядерные и ускорительные технологии. Высокочастотные волоконные лазеры УКИ с частотой повторения более 1 ГГц являются перспективными источниками излучения для развития технологий радиофотоники. Источники на основе волокон с медленно уменьшающейся дисперсией групповых скоростей могут использоваться в качестве генераторов сверхкоротких импульсов с улучшенными характеристиками. В связи с этим, одной из главных задач проекта будет являться задача о разработке новых перспективных источников, позволяющих генерировать последовательности УКИ с перестраиваемой терагерцевой частотой повторения. Наиболее перспективными с этой точки зрения представляются световоды с плавно уменьшающимся вдоль световода модулем аномальной ДГС и с W-профилем показателя преломления в поперечном сечении. С одним сегментом волокна продемонстрировано усиление пиковой мощности одиночного ЧМ-импульса на 6 порядков, тогда как каскадная конфигурация волокна, состоящая из двух неоднородных активных волокон с разными профилями дисперсии, позволяет генерировать последовательность импульсов с пиковой мощностью 700 Вт и субтерагерцевой частотой повторения. Частотой следования генерируемых импульсов можно управлять, регулируя мощности накачки. Планируется продолжить исследования в данном направлении и получить качественные последовательности импульсов с пиковыми мощностями до 10 кВт, а также довести частоты повторения до ТГц значений. Это может быть достигнуто с помощью конфигураций, состоящих из трех и более одинаковых сегментов волокна с различными профилями дисперсии групповых скоростей. Решение проблемы генерации УКИ также может быть связано с использованием градиентных или ступенчатых тейперированных световодов с записанными в них брэгговскими решетками показателя преломления. Предполагается, что период записываемых решеток будет изменяться по длине световода и приводить к изменению профиля дисперсии второго и третьего порядков. Использование подобных периодических световодов в качестве ключевого элемента полностью волоконных схем позволит обеспечить генерацию высокочастотных последовательностей солитоноподобных импульсов с огромной пиковой мощностью из слабомодулированного непрерывного излучения. Ранее нами была показана возможность генерации УКИ из непрерывного модулированного излучения в полностью волоконном каскаде, состоящем из пассивного DDF волокна (с медленно убывающей дисперсией групповых скоростей), последовательно соединенного с периодическим световодом. Средние пиковые мощности генерируемых импульсов при этом находились в области 100 Вт. В дальнейшем планируется провести численное моделирование, направленное на улучшенное согласование между элементами рассмотренного каскада, а также поиск новых каскадных конфигураций, содержащих световоды с записанными решетками показателя преломления, обеспечивающих генерацию УКИ с улучшенными характеристиками.