Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Детально исследованы свойства световодов с поглощающими стержнями в оболочке спроектированные для подавления распространения излучение в заданном спектральном диапазоне. Нами была реализована структура с тремя поглощающими стержнями и экспериментально исследованы ее свойства. Было показано, что при наличии достаточно высокого поглощения в стержнях окружающих сердцевину оптические потери достаточно точно могут быть рассчитаны теоретически. В то же время было установлено наличие и дополнительны механизмов оптических потерь не связанных поглощением. Измерение спектров оптических потерь в изогнутом световоде подтвердило предсказанную ранее возможность перестройки в широком спектральном диапазоне положения края длинноволновой полосы поглощения. Более того, была показана возможность резкого изменение величины оптических потерь моды сердцевины – рост оптических потерь на два порядка при увеличении длины волны с 1008 нм до 1020 нм и более чем на три порядка при увеличении длины волны с 980 до 1050 нм. Указано на перспективность разработанного дизайна световода для создания лазеров, работающих на нестандартных длинах волн – 976 нм в случае иттербивых лазеров и 915-925 нм в случае неодимовых лазеров. Разработана и изготовлена конструкция брэгговского световода позволяющая обеспечить минимальные изгибные потери для фундаментальной моды в широком диапазоне радиусов изгиба. Созданный световод использован для генерации рамановского солитона на длине волны около 1700 нм. Увеличенный диаметр сердцевины позволил повысить порог генерации такого солитона что обеспечило достижение рекордно высокой пиковой мощностью 725 кВт при длительности импульса 85 фс, распространяющегося в фундаментальной оптической моде. Проведен анализ свойств гибридных световедущих структур в которых свет удерживается в сердцевине одновременно за счет когерентного френелевского отражения и полного внутреннего отражения Исследованы структуры содержащие в оболочке стержни с низким показателем преломления. В частности рассмотрены световод со ступенчатым профилем показателя преломления окруженный двумя боросиликатными стержнями и двумя фторсиликатными стержнями, а так же комбинированная структура, дополнительно окруженная снаружи германосиликатным кольцом с высоким показателем преломления. Был проведен теоретический анализ возможности использования таких световедущих структур для создания активных световодов с накачкой по оболочке. Указано на возможность снижения чувствительности к изгибам фундаментальной моды в таких структурах, а так же на и возможность создание однополяризационного активного световода в случае комбинированной структуры. С целью проверки теоретических расчетов в отчетном году было начато изготовление световодов в соответствие с разработанными дизайнами. За отчетный год опубликовано две статьи в рецензируемых журналах (JOSA B и Journal of Optics, относящегося к первому квартилю) и подготовлена еще одна статья, которую планируется направить в журнал относящийся к первому квартилю. Так же сделано два доклада на конференциях (один - на Всероссийской конференции по волоконной оптике, второй - на одной из крупнейших международных конференций, посвященных лазерам - Advanced Solid State Lasers).

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
1. В 2022 году были продолжены исследования конструкции световода с оптическими более плотными стержнями, внесенными в первую оболочку. Доработана (в соответствии с замечаниями рецензентов) и опубликована статья по результатам исследования пассивных световодов. В частности, в статье продемонстрирована возможность эффективной фильтрации длинноволнового излучения с резким переходом от области низких потерь к области высоких потерь (увеличение потерь на два порядка при изменении длины волны на 12 нм). Особенностью предложенного метода является возможность прецизионного контроля положения полосы поглощения путем изменения диаметра намотки световода. Начаты работы по реализации активного световода с двойной отражающей оболочкой такой конструкции. Оптимизированы параметры создаваемой конструкции (концентрация иттербия в сердцевине, параметры сердцевины и соответствующие размеры и положение поглощающих стержней). Согласно предложенному дизайну изготовлена заготовка Yb-волоконного световода с поглощающими оптически более плотными стержнями и из нее вытянут световод для последующей реализации полностью волоконного лазера с длиной волны генерации вблизи 977 нм. Проведено исследование базовых свойств световода: измерены профиль показателя преломления световода, получено изображение торца, сделан SEM-анализ, проведены измерения потерь по сердцевине и по оболочке. Установлено положение пика резонансного взаимодействия и показано, что намотка световода на катушку приемлемо малого диаметра позволяет кардинально сместить границу рабочей зоны в область более коротких длин волн, что допускает возможность успешной реализации Yb волоконного лазера с длиной волны генерации вблизи 977 нм. 2. Проведено исследование свойств световодов с оптически менее плотными элементами в структуре. Показано, что определенная конфигурация таких элементов способствует эффективному подавлению моды высоких порядков (прежде всего моды LP11) в сердцевине. Исследован “квазибрэгговский” световод с комбинацией элементов с высоким и низким показателем преломления в структуре. Показано, что при оптимизации положения и параметров кольцевого слоя с высоким показателем преломления, окружающего сердцевину, а также характеристик и положения фторсиликатных и боросиликатных стержней, возможно эффективно подавлять моды высших порядков в таких структурах. Более того, для световодов с увеличенным диаметром сердцевины оказывается возможным также частично подавить быструю поляризацию фундаментальной моды. Показано, что предложенный подход может быть применен и для случая классического световода со ступенчатым профилем показателя преломления. В частности, обнаружено, что модификация структуры такого световода позволяет не только создать условия для интенсивного вытекания высших мод в оболочку, но и дополнительно повысить устойчивость фундаментальной моды сердцевины к изгибам. 3. В рамках проекта было проведено исследование влияния условий вытяжки на характеристики световедущей структуры. В частности, было проведено исследование влияния натяжения световода в процессе его вытяжки на разность показателей преломления сердцевины и оболочки. Использование подобного подхода позволило нам прецизионно контролироваться разность показателей преломления сердцевины и первой отражающей оболочки. Именно благодаря использованию данной техники удалось обеспечить средний показатель преломления в квазибрэгговском световоде на уровне, соответствующем исходному дизайну световода. Важно отметить, что зависимость показателя преломления от условий вытяжки обусловлена в первую очередь вмороженными в сетку стекла напряжениями. Еще одной характеристикой световода, где наличие вмороженных в сетку стекла напряжений оказывается существенным, является радиационная стойкость световода. Проведены соответствующие исследования и обнаружено, что с ростом температуры вытяжки существенно увеличивается и радиационно-наведенное поглощение вследствие роста концентрации предшественников для центров окраски. Интересно отметить, что сравнение световодов, вытянутых из одной и той же заготовки, но в условиях кислородно-водородной печи и графитового нагревателя, показало, что применение кислородно-водородной печи для вытяжки позволяет существенно снизить оптические потери, что, по всей видимости, обусловлено диффузией водорода в сетку стекла в процессе вытяжки, который «залечивает» наведенные радиационные центры окраски.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Исследована возможность повышения эффективности преобразования накачки в сигнал в волоконном усилителе, предназначенном для усиления сигнала вблизи 976 нм за счет подавления нежелательной генерации в области 1030 нм в конструкции световода легированного иттербием с поглощающими стержнями в отражающей оболочке. Конструкция световода оптимизирована для достижения в изогнутом световоде резонансной связи между фундаментальной модой сердцевины и модами поглощающих стержней на длинах волн больших 1000 нм. Показано, что при намотке созданного световода на катушку определенного диаметра возможно обеспечить высокие (10 дБ/м) потери на длине волны 1030 нм и приемлемо низкие (~0.2 дБ/м) потери на длине волны сигнала. Световод исследован в качестве активной среды в конструкции волоконного усилителя сигнала на длине волны 976 нм. Показано, что намотка исследуемого световода на катушку диаметром менее 85 мм позволяла практически полностью подавить нежелательную усиленную спонтанную люминесценцию в области 1030 нм при одновременном росте мощности усиленного сигнала на длине волны 976 нм. В реализованном световоде продемонстрировано увеличение оптимальной длины при которой достигается максимальная выходная мощность сигнала на 976 нм на 20% (по сравнению со световодом, где дополнительное поглощение на длине волны 1030 нм отсутствует). Благодаря этому увеличена доля поглощенной мощности накачки и, соответственно, увеличена выходную мощность на 10-30% (в зависимости от мощности накачки). Установлены факторы, которые препятствуют достижению максимальной эффективности генерации - недостаточно резкий спад поглощения при отстройке в коротковолновую область и избыточные потери на длине волны накачки, вызванных присутствие низкоинтенсивной полосы поглощения самария с максимумом на длине волны 940 нм. На основе численного моделирования показало, что влияние данных факторов возможно нивелировать путем оптимизация концентрации иттербия (при неизменной геометрии) и при увеличении диаметра сердцевины. По результатам проведенных исследований подготовлена публикация для журнала Photonics. Указано, что предложенная методика подавления нежелательных длин волн может быть использована при создании световодов, легированных неодимом и предназначенный для усиления излучения в спектральной области вблизи 920 нм. Проведена оптимизация конструкции световодов, легированных неодимом для данной задачи.