Новая гибридная конструкция волновода, разработанная в совместном проекте Института технологий фотоники имени Лейбница, Института прикладной оптики им. Фраунгофера и Иенского университета им. Фридриха Шиллера, обладает уникальными свойствами, необходимыми для приложений медицинской визуализации, метрологии и спектроскопии. Её авторы рассказали о результатах проделанной ими работы в журнале Nature Communications.

В описываемых экспериментах немецкие инженеры накачивали свой волновод сверхскоростным и мощным импульсом лазера и получали на выходе очень широкий спектр излучения, который охватывал ближний и средний ИК-диапазоны (длины волн 1,1–2,7 мкм). В жидкой сердцевине волновода, имеющей нелинейные оптические свойства, лазерный импульс разбивался на солитоны — уединённые волны, имеющие широкую и непрерывную спектральную характеристику.

Оптическая нелинейность и проходимость для инфракрасного света это неординарное сочетание свойств, редко встречающееся в материалах. В экспериментальном прототипе центральная жила оптоволокна заполнена дисульфидом углерода — жидким химическим соединением, обладающим очень высоким коэффициентом преломления.

При попадании в такое ядро поляризованного света, молекулы дисульфида углерода выстраиваются параллельно электромагнитному полю света. Из-за такой молекулярной ориентации оптическая плотность (и распространение света в волокне) зависит от интенсивности лазерного импульса.

Молекулы ориентируют себе не мгновенно, и если ширина лазерного импульса меньше периода времени, требуемого для ориентации, то наблюдается особая, запаздывающая динамика образования солитонов. Этот эффект был предсказан в 2010 г. и только теперь был доказан экспериментально. Ученые из Иены также предоставили точное теоретическое описание наблюдаемого процесса, называемого ими оптическим «эффектом памяти» в жидкости.

Данный эффект имеет практическую ценность, так как способен уменьшать флуктуации спектральной полосы пропускания непрерывного источника света. Это делает оптоволокно с жидким центром более стабильной альтернативой другим известным источникам широкополосного излучения, изготавливаемым из особых стёкол.