Физика волоконных лазеров - генераторов высокочастотных последовательностей ультракоротких импульсов. Разработка лазеров для применений в метрологии, оптической связи, медицине.

Источники ультракоротких оптических импульсов с высокой частотой следования - одни из основных элементов современных фотонных технологий. Помимо традиционного их использования в качестве задающих импульсных генераторов в высокоскоростных оптических линиях связи, метрологических системах, других оптоэлектронных устройствах, в последние годы можно отметить растущий интерес к применению таких источников в новых областях - при разработке систем генерации широкого гребенчатого спектра и процессинга сигналов, в высокоточных лазерных обрабатывающих комплексах и биомедицинских приложениях. В развитии крайне многообещающих исследований по созданию оптических компьютеров также одной из основных задач остается разработка задающих импульсных генераторов высокой частоты. Особо следует отметить разработки, связанные с применением высокоскоростных последовательностей лазерных импульсов для генерации электромагнитного излучения с частотой порядка ТГц и выше. При достижении достаточного уровня мощности это излучение, как аналог рентгена, может быть использовано как для медицинских задач, так и для неразрушающего контроля материалов, обеспечения безопасности и т.д. Естественным преимуществом при этом оказывается значительно меньшее радиационное воздействие на человека и биологические объекты.Для создания подобных генераторов в проекте планируется развивать подходы, основанные на волоконных технологиях - разработать волоконные импульсные лазеры с гармонической синхронизацией мод и волоконные комплексы, основанные на эффекте модуляционной неустойчивости. Эти подходы используют традиционные преимущества волоконных лазеров - компактность, надежность, высокое качество пучка, применение эффективных диодных элементов накачки. При разработке лазерных источников будут использоваться активные (с использованием фазовых модуляторов), пассивные (с использованием насыщающих поглотителей - SESAMов и элементов на основе углеродных нанотрубок) и гибридные методы синхронизации мод.Экспериментальные работы будут поддержаны теоретическими расчетами и численным моделированием. Основной проблемой, требующей теоретического анализа, в данном направлении является стабильность генерации высокочастотной последовательности импульсов, тесно связанная с учетом взаимодействия между импульсами и анализом комплексной динамики множества импульсов в резонаторе волоконного лазера. Научная новизна предлагаемого проекта связана с несколькими аспектами. Во-первых, источники предполагается разрабатывать как в телеком-диапазоне, давно освоенном Er волоконными лазерами ( длина волны около 1550 нм), так и в новых диапазонах, характерных для лазеров на основе волокон, легированных Bi, Tm и Ho. Во-вторых, в исследованиях планируется использовать оригинальные методики, обеспечивающие управление частотой следования импульсов (в телеком-диапазоне) и перестройку по длине волны в областях частот, примыкающих к телекоммуникационному диапазону. В- третьих , в разработках предполагается использовать новые материалы волоконной оптики - волоконные световоды с изменяющейся по длине дисперсией для генерации последовательностей импульсов при распаде модулированной волны и компрессии генерируемых импульсов и фотонно-кристаллические световоды с необходимыми параметрами (повышенным либо пониженным коэффициентом нелинейности) для выходной компрессии импульсов.Конечной целью работ станут образцы волоконных лазерных комплексов различных диапазонов (от 1400 до 1800 нм) , способные обеспечить стабильную генерацию субпикосекундных импульсов с частотой следования более 10 ГГц (в диапазонах 1400-1500 нм и 1600-1800 нм ) и до 1 ТГц и выше в телекоммуникационном диапазоне. Потенциальным преимуществом этих комплексов станут возможность настройки частоты следования импульсов (в телеком-диапазоне) и возможность локальной перестройки длины волны (до 100 нм в диапазонах 1400-1500 нм и 1600-1800 нм). Сферой применения разрабатываемых источников станут телекоммуникации, метрология и медицинские приложения.