Российские ученые разработали волоконный лазер, преобразующий низкокачественное многомодовое излучение диодов накачки в пучок высокого качества. Разработка может использоваться для создания новых лазерных дисплеев, а также позволит решать задачи визуализации в биомедицинской диагностике. Статья ученых опубликована в журнале Scientific Reports.

Суть работы волоконных лазеров состоит в преобразовании низкокачественного излучения диодов накачки в лазерный пучок высокого качества, отличающийся небольшим диапазоном длин волн спектра и очень маленьким углом расхождения луча. Для этой цели традиционно используют активные волоконные световоды (части лазера, по которым распространяется свет), сердцевина которых содержит ионы редкоземельных элементов. Но у них есть свои недостатки: они работают в только в ближнем инфракрасном диапазоне, сложны и дороги в изготовлении.

В работе российских ученых вместо световодов на редкоземельных металлах применялись обычные многомодовые световоды – оптические волокна с большим диаметром сердцевины. Такие волокна проводят свет за счет его внутреннего отражения. Кроме того, такие в таких световодах возможно преобразование низкокачественного пучка излучения в высококачественный. Это происходит из-за вынужденного комбинационного рассеяния – эффекта изменения частоты и длин волн исходного излучения при его столкновении с атомами материала.

Использованная российскими учеными схема многомодового световода улучшает качество входящего пучка в несколько этапов. На первой ступени исходное излучение улучшается на порядок за счет вынужденного комбинационного рассеяния и свойств самого световода, в структуру которого были включены специальные решетки, пропускающие волны только определенной длины.

«Такой непрерывный волоконный лазер будет использоваться для эффективного создания сине-зеленого излучения в нелинейных кристаллах или волокнах и таким образом заменит газоразрядные аргоновые лазеры в широкой области их использования. Также такой источник излучения может использоваться для визуализации в биомедицинской диагностике и как основной компонент лазерных дисплеев», – поясняет руководитель исследования, директор Института автоматики и электрометрии Сибирского отделения РАН Сергей Бабин.

Качество пучка (а) и выходная мощность (б) излучения 1-го и 2-го порядков в световоде, диаметром в 100 микрометров, с диодной накачкой. / Ekaterina A. Evmenova/Scientific Reports 2018