По мере того как требования к скорости и объему передачи данных растут, возникает необходимость в миниатюризации лазеров и уменьшении длины резонаторов при сохранении их эффективности. Резонатор — часть лазера, состоящая из двух зеркал и отвечающая за усиление света при его многократном прохождении через активную среду.
В зависимости от длины резонатора и концентрации ионов эрбия лазер может работать в разных режимах — импульсном или непрерывном. Основная сложность в том, что при уменьшении размера резонатора необходимо повышать концентрацию ионов эрбия. Это приводит к переходу лазера в импульсный режим, который может вызвать нестабильность передачи данных, ограничение мощности и повышение уровня шумов.
Группа российских ученых при участии физиков из НИУ ВШЭ, Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН и МФТИ подготовила два вида активных волокон для семи лазеров и сравнила, как концентрация ионов эрбия (от 0,03 до 0,3%) влияет на параметры лазера. В результате им удалось определить параметры активной среды и накачки, при которых можно одновременно сохранить короткую длину резонатора и обеспечить непрерывное излучение, а также параметры, при которых происходит переход из непрерывного режима в импульсный.
Исследователи впервые экспериментально определили критические индексы для эрбиевых лазеров — значения углов наклона логарифмических зависимостей частоты, длительности и амплитуды лазерных импульсов от мощности лазерного излучения.«Смена непрерывного режима на импульсный в некотором роде схожа с классическим фазовым переходом, который подчиняется математическим законам и характеризует процессы в других системах, например в жидкостях или твердых телах. Для лазеров с высокой концентрацией ионов эрбия характерны два порога: первый связан с началом генерации в импульсном режиме, а второй — с переходом в непрерывный режим. Эти законы близки к степенным зависимостям и описывают, как параметры лазера меняются вблизи порога генерации», — объясняет Олег Бутов, один из авторов статьи, заместитель директора, руководитель лаборатории волоконно-оптических технологий Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН
«Мы определили, что вычисленные зависимости универсальны для эрбиевых лазеров с существенно различающимся составом сердцевины активного световода, длиной и добротностью резонатора (мерой, определяющей отношение запасенной энергии к расходуемой за один период). Результаты позволят предсказывать параметры генерации эрбиевых волоконных лазеров и оптимизировать их работу для различных задач», — рассказывает другой автор статьи, профессор базовой кафедры «Наноэлектроника и фотоника» при Институте радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН факультета физики НИУ ВШЭ Александр Смирнов.Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ
