Новосибирские ученые разработали технику получения мощного лазера, применение которого в средствах связи, медицины и других областей может быть значительно эффективнее имеющихся систем.

Группа ученых под руководством члена-корреспондента РАН Сергея Бабина из Института автоматики и электрометрии СО РАН (Новосибирск) впервые добилась эффективной каскадной генерации волоконного лазера со случайной распределенной обратной связью. Результаты работы могут найти применение во многих областях машиностроения и цифровых технологий, в первую очередь — в сфере высокоскоростных средств связи. Об изобретении рассказывает портал Наука в Сибири.

Любой лазер представляет собой искусственную среду, многократно усиливающую световое излучение. Этот эффект обеспечивается благодаря зеркалам, расположенным, как правило, по его краям, которые и не дают свету вырваться за пределы.

В установке, генерирующей лазер со случайной распределенной обратной связью, зеркала расположены не только по краям, но на всем протяжении его активной среды случайным образом. Физика такого лазера до конца еще не изучена, поэтому она так интересна.

Известным примером такого лазера является оптоволоконная сеть, состоящая из светопроводящего канала и светоизолирующего покрытия.

Российские ученые разработали технику эффективной выработки подобного лазера. Благодаря особой конструкции в ней происходит преобразование излучения накачки на одной длине волны в излучение так называемой стоксовой компоненты с большей длиной волны, а из-за случайной распределенной обратной связи этот процесс протекает с высокой квантовой эффективностью. Иными словами, практически каждый квант излучения накачки преобразуется в квант излучения генерации.

Научный сотрудник ИАиЭ СО РАН Илья Ватник: «В этом же лазере возможен и каскадный процесс. Точно так же, как накачка преобразовывалась в генерацию стоксовой компоненты, возможно преобразование последней в излучение второй стоксовой компоненты, с еще большей длиной волны. В феврале мои коллеги показали, что за счет влияния случайной распределенной обратной связи, этот процесс тоже происходит с высокой квантовой эффективностью, составляющей 80%. То есть из 10 квантов первой стоксовой компоненты восемь успешно «превращаются» в кванты второй стоксовой компоненты.

Та, в свою очередь, преобразуется в третью, третья в четвертую и так далее. У каждой следующей компоненты длина волны больше, чем у предыдущей. Таким образом, мы можем получать излучения с большой длиной волны из излучения накачки с намного меньшей длиной волны за счет многокаскадного преобразования внутри лазера, при этом в каждом каскаде (на каждом этапе преобразования) эффективность «превращения» квантов предыдущего каскада в следующий очень высока».

Практическим результатом может стать разработка новых систем высокоскоростной передачи данных. Новое изобретение способно выполнять роль усилителя существующих каналов оптоволоконной связи, а его использование для прокладки новых линий может быть до трех раз экономичнее. Применение лазера со случайной распределенной обратной связью в биомедицине и астрономии также может быть значительно проще и дешевле по сравнению с имеющимся оборудованием.