Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В теллуритном стекле состава 70TeO2-22WO3-8BiO3 пучком фемтосекундного лазера записаны одномодовые волноводы с большим полем моды с оболочкой пониженного показателя преломления для диапазонов длин волн 900-1100 nm и 1700-2000 nm. Получено уширение спектра пучка фемтосекундных импульсов в волноводе до 158 nm (по уровню -10 dB) при накачке на 1030 нм фемтосекундными импульсами с энергией 84 nm (пиковая мощность 480 kW), и до 500 нм ( по уровню -10 dB) и 600 nm ( по уровню -20 dB) при накачке на 1950 nm фемтосекундными импульсами с энергией 300 nJ (1,3 MW). Экспериментально определена оптимальная длина волны накачки для получения наиболее широкого суперконтинуума при использовании в качестве накачки параметрического усилителя, накачиваемого фемтосекундным иттербиевым лазером – 1950 нм. Измерена плотность энергии оптического пробоя стекла состава 70TeO2-22WO3-8BiO3 на длине волны 1030 nm для 300-фемтосекундных импульсов – 3.2 J/cm2 (пробой в объёме). Для измерения материальной дисперсии применена оригинальная методика, основанная на измерении времени распространения фемтосекундного импульса в образце стекла. Сделаны расчёты нелинейного распространения фемтосекундных импульсов в записанном волноводе по обобщённому нелинейному уравнению Шреденгера, сделаны предсказания по перспективах уширения спектра. Построены двумерные карты распределения показателя преломления и шероховатости треков в теллуритном стекле для параметров – энергия импульса, скорость сканирования, частота следования импульсов. Из исходных реагентов особой чистоты синтезированы серии стёкол на основе TeO2 с различным содержанием модифицирующих компонентов La2O3, MoO3, WO3, ZnO, Na2O, Bi2O3, в том числе содержащие более трёх компонентов. Серии образцов различных составов характеризовались низким содержанием гидроксильных групп (~1016 см-3), соответствующим коэффициенту поглощения не более 10-2 см-1 в максимуме полосы поглощения на длинах волн 3-3,3 мкм. Используемые исходные особочистые вещества и методика приготовления стекол в закрытой камере позволяют получать теллуритные стекла с общим содержанием 3d-переходных металлов менее (0,1-2)*10^-4 масс.%. Содержание платины или золота составляет в стёклах 10^-3-10^-4 масс.% и обусловлено загрязняющим действием материала тигля. Платина и золото содержатся в полученных теллуритных стёклах в растворенном состоянии, платина имеет полосу поглощения около ~450 мкм. Содержание редкоземельных элементов было меньше предела обнаружения метода (<(1-2)×10-4 масс.%). Определены температуры стеклования и области наиболее устойчивых составов для всех исследуемых стеклообразующих систем. Высокой устойчивостью против кристаллизации обладают стёкла серии TWL с содержанием оксида лантана 4-6 мол.%; стёкла TWLB, содержащие до 7 мол.% Bi2O3 ; стёкла TWB, содержащие 5-8 мол.% Bi2O3; а также стёкла цинк-теллуритной системы с добавкой La2O3 в диапазоне концентраций оксида цинка 10-20 мол.%. Для стекла 70TeO2-22WO3-8Bi2O3 получен и измерен наибольший среди теллуритных стёкол коэффициент усиления вынужденного комбинационного рассеяния в 1,2х10ˆ-9 cm/W, измерен спектр комбинационного рассеяния, нормированный относительно кварцевого стекла. Предложена методика оценки шероховатости треков на основе анализа пространственного Фурье-преобразования карты профиля фазы, измеряемой с помощью QPM. Найден параметр, которой можно измерять во время записи, и который отражает шероховатость записываемого трека – стандартное отклонение энергии импульсов выходящих из образца. Численным расчётом показано, что для лазерной записи волновода в кристаллахYAG, ZnS, и теллуритном стекле, поддерживающего излучение суперконтинуума в среднем ИК диапазоне спектра до длины волны 4 мкм с потерями не более 0,5 dB/cm, необходимо использовать конфигурацию распределения элементов оболочки, обладающую дискретной вращательной симметрией, и обеспечивающую «отрицательную» кривизну границы сердцевина-оболочка. Рассчитаны потери и дисперсия волноводов, записанных в YAG и ZnS, состоящих из 6 и 8 спиралей, центры которых расположены на одной окружности с радиусом около 60 мкм. Показано, что потери монотонно растут с длиной волны в диапазлне 1- 4 мкм. Волновод в YAG с 6 спиралями в оболочке имеет полные потери на длине волны 4 мкм – 0.23 dB/cm, с оболочкой, состоящей из 8 спиралей – 0.16 dB/cm. Для волновода из ZnS с 6 спиралями в оболочке потери оказались – 0.05 dB/cm, с 8 спиралями – 0.03 dB/cm. Экспериментально установлено что механические напряжения, сопутствующие записи волновода в теллуритном стекле и эласто-оптического эффект вносят ощутимый вклад в потери на вытекание на длинах волн, превышающих 1900 nm, который приводит к потере волноведущих свойств при дистанции между волноводами менее 70 мкм. Численным расчётом показано, что для точного расчета оптических свойств мод волноводов, записанных с помощью фемтосекундных лазерных импульсов, необходимо учитывать деформацию, возникающую в материале при записи, и упруго-оптический эффект.

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Выполнены исследования по прямой лазерной записи пучком фемтосекундного лазера волноводов в сухих теллуритных стёклах, лазерных кристаллах YAG:Nd3+, ZnS:Cr2+. На основе записанных волноводов построены и исследованы генераторы суперконтинуума, лазеры, работающие в режиме синхронизации мод со сверхвысокой частотой следования импульсов, одночастотный лазер среднего ИК (2.3 мкм). Установлено, что лазерный пучок с цилиндрической перетяжкой в фокусе объектива позволяет записывать треки в кристалле YAG:Nd с меньшей шероховатостью, чем пучок с обычной круглой перетяжкой. Кроме того найдены условия записи треков с обычной круглой перетяжкой, обеспечивающие минимальную шероховатость. Они состоят в величине перекрытия каустик от последовательности импульсов в диапазоне 5-15 импульсов. Установлена корреляция между шероховатостью и шумом нелинейного пропуская образца во время лазерной записи. В волноводе с депрессированной оболочкой длиной 14 мм и диаметром поля моды 20 мкм, записанном в теллуритном стекле, при накачке на длине волны 1950 нм импульсами длительностью 250 фс и энергией 150 nJ получено уширение спектра до 503 нм, и это, насколько нам известно, первая генерация суперконтинуума в диапазоне длин волн 2 мкм, в волноводе, сформированном при помощи прямой лазерной записи. В области малых энергий входных импульсов уширение спектра в волноводе хорошо описывается расширенным нелинейным уравнением Шреденгера с учётом Керровской и Рамановской нелинейностей в предположении постоянного диаметра поля моды по волноводу. При повышении энергии импульсов наблюдается уширение спектра сверх предсказания стандартной теории, которое мы объясняем фокусировкой моды керровской линзой, наводимой в волноводе. Разработаны методики исследования оптических неоднородностей в теллуритных стёклах для записи волноводов, основанные на использовании излучения He-Ne лазера. Основными дефектами отливок из высокочистых теллуритных стекол, являются отдельные точечные рассеивающие центры (газовые пузырьки, полости, кристаллиты) и области с неоднородностью показателя преломления (свили). Подобраны температурно-временные условия синтеза стекол и гомогенизации стекломассы, отличающиеся для каждого из используемых составов, позволяющие изготовлять оптические элементы для записи волноводов с минимальным содержанием оптических неоднородностей. Оптимизированы методики осушки стеклообразующих расплавов теллуритных стекол целевых составов и формования отливок, позволяющая достигать рекордно низкого уровня поглощения гидроксильными группами. С применением разработанных на данном этапе методик были синтезированы высокочистые стекла, отформованы массивные протяженные отливки с минимальным содержанием оптических неоднородностей, изготовлены целевые элементы высокого оптического качества с уровнем поглощения гидроксильными группами 0,002-0,004 см^-1 в максимуме полосы 3-3,4 мкм для создания записанных волноводов.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Получена генерация суперконтинуума со спектральной шириной более октавы по уровню -20 дБ в волноводах со структурированными оболочками, состоящими из параллельных треков пониженного показателя преломления, записанных в теллуритном стекле состава 70TeO2 – 22WO3 – 8Bi2O3. Накачка волноводов осуществлялась параметрическим усилителем импульсами длительностью в 260 фс в области нуля дисперсии групповой скорости эффективного показателя преломления (ZDW), 2200 нм. В волноводе с диаметром поля моды 20 мкм и длиной 14 мм получен суперконтинуум от 1580 нм до 3400 нм, а в волноводе с диаметром поля моды 26 мкм и длиной 56 мм суперконтинуум простирался от 1500 нм до 3100 нм. В кристалле YAP:Tm3+ записаны волноводы со структурированными оболочками пониженного показателя преломления с потерями менее 1 дБ/см на 1500 нм. Впервые получена стабильная непрерывная генерация в таком волноводе на длине волны 1,94 мкм в чистой фундаментальной моде. Волноводы со спиралевидной оболочкой записаны в кристалле YAG:Nd. При накачке импульсами энергией 0,55 мкДж, длительностью 260 фс на 1030 нм получен суперконтинуум в видимой области спектра шириной в октаву. Обнаружена необычная скачкообразная зависимость ширины спектра от энергии импульса накачки, которую мы объясняем фазовым синхронизмом между модами разных порядков. Получены теоретические результаты, впервые демонстрирующие возникновение оптических вихрей в полях мод сердцевины микроструктурированных световодов и в поперечных составляющих вектора Пойнтинга этих мод. Главной фундаментальной проблемой, возникающей при этом, является вопрос: влияют ли вихри, возникающие в поперечных составляющих вектора Пойнтинга, на уровень потерь в микроструктурированных световодах. Известно, что оптические вихри в потоках полей возникают в различных оптических системах, например, при аномально высоком пропускании излучения через металлические пластины с субволновыми отверстиями. В этом случае оптические вихри потоков полей возникают как вблизи отверстий, так и внутри них. В настоящий момент существует мнение, что наличие таких вихрей не влияет на пропускание излучения сквозь эти отверстия. Наша работа продемонстрировала, что связь между оптическими вихрями потоков, их расположением в оболочке волновода и уровнем вытекающей энергии из волновода все же есть. Так же существуют различные структуры оптических вихрей в микроструктурированных волноводах, такие как – седла, спирали и т.д. В дальнейшем исследование связи между возникновением оптических вихрей различных типов в оболочке микроструктурированных волноводов, в том числе полученных с помощью фемтосекундной записи, и геометрической структурой волновода, позволит проводить оптимизацию структуры микроструктурированных волноводов, которая может приводить, в частности, понижению уровня полных потерь в них. Проведены исследования по оптимизации температурно-временных параметров формирования бессвильных отливок из высокочистых теллуритных стекол. Синтезированы и исследованы новые составы стекол с высоким содержанием La2O3, Bi2O3, PbO, обладающие повышенной оптической нелинейностью. Получены данные по теплофизическим и оптическим свойствам, в том числе по коэффициентам керровской нелинейности. Максимальной нелинейностью оптических свойств характеризуются сильно легированные висмутом вольфрам-теллуритные стекла. В оптимизированных условиях получены оптически однородные заготовки из высокочистых стекол на основе диоксида теллура и изготовлены оптические элементы лазерного качества для записи волноводов.