В журнале Scientific Reports группы Nature опубликована статья физиков из московского Научного центра волоконной оптики (НЦВО) РАН и Института автоматики и электрометрии СО РАН, в которой впервые описан случайный волоконный лазер на основе висмутового активного световода, имеющий уникальные выходные характеристики.

Случайная генерация из-за рэлеевского рассеяния в волоконных световодах была открыта в 2010 году и активно развивается в Новосибирске. В частности, на ее основе разработана технология компенсации потерь информационного сигнала при его передаче на большие расстояния по пассивным оптическим волокнам.

Чтобы расширить спектр применений случайных волоконных лазеров, необходимо сделать их более компактными. Для этих целей оптимально подходят не пассивные, а активные световоды, которые используются в обычных волоконных лазерах (например, легированные эрбием или иттербием).  Однако получить случайную генерацию в них до сих пор не удавалось из-за малости рэлеевского рассеяния в коротких активных волокнах.

В Научном центре волоконной оптики РАН были предложены светоиды, легированные висмутом, являющиеся новым типом активных сред с уникально широким спектральным диапазоном усиления и генерации. Сегодня они активно развиваются, в основном, в целях создания сверхширокополосных усилителей для оптоволоконных линий связи.

«По сравнению с обычными легирующими добавками, повышение концентрации висмута ведёт к увеличению коэффициента рэлеевского рассеяния, оптимальная длина при этом также увеличивается. Это становится решающим преимуществом в схеме случайной генерации на рэлеевском рассеянии», — пишут исследователи.

Помимо компактности и простоты схемы, реализованный случайный лазер на основе висмутового световода отличается уникальными выходными характеристиками как по коэффициенту полезного действия  лазерной генерации, так и по когерентности генерируемого излучения.

«Ширина спектра, определяющая длину когерентности, оказалась в три раза меньше, чем у обычного лазера с двухзеркальным резонатором в том же световоде», — добавляют учёные.

В их работе также построена теоретическая модель формирования спектра генерации исследуемого объекта, объясняющая его уникальные свойства.

Относительно узкий спектр случайного лазера позволяет эффективно преобразовывать его в видимый и УФ диапазон и тем самым создавать новые источники излучения для применений в различных технологиях визуализации, например в биомедицинской диагностике и лазерных дисплеях. Особенно важно, что этот спектр не имеет характерной для обычных лазеров модовой структуры, что улучшает чёткость изображений.