Разработка методов стабилизации амплитудных и частотно-временных выходных характеристик волоконных генераторов оптических гребенок в телекоммуникационном диапазоне спектра

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-19-00700

НазваниеРазработка методов стабилизации амплитудных и частотно-временных выходных характеристик волоконных генераторов оптических гребенок в телекоммуникационном диапазоне спектра

Руководитель Карасик Валерий Ефимович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" , г Москва

Конкурс №80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-708 - Лазерно-информационные технологии

Ключевые слова Фемтосекундный волоконный лазер, синхронизация мод, спектроскопия, оптический делитель частоты, СВЧ диапазон, оптический стандарт частоты, стабилизация частоты повторения, стабилизация длительности импульсов

Код ГРНТИ29.33.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Предлагаемый проект посвящен разработке и исследованию высокостабильных волоконных генераторов оптических гребенок (комб-генераторов) в телекоммуникационном диапазоне спектра. Лазеры подобного типа широко используются в различных областях науки и техники: в медицине для неинвазивной диагностики в составе исследовательских комплексов на основе терагерцовой импульсной спектроскопии, в частотной метрологии в качестве делителей частоты в составе оптического стандарта частоты, в лазерно-информационных технологиях и телекоммуникациях для синхронизации и калибровки систем передачи, в астрофизике, в системах прецизионной спектроскопии и др. На сегодняшний день созданные образцы комб-генераторов обладают рядом недостатков, связанных, прежде всего со стабильностью амплитудных и частотно-временных характеристик оптического излучения, и не отвечают возрастающим требованиям науки и техники. Наши предварительные исследования показали, что наиболее существенными характеристиками для различных областей применения являются стабильность частоты повторения и длительности импульса. Так, флуктуация длительности импульсов фемтосекундного лазера наиболее существенно сказывается на точностных характеристиках импульсной ТГц-аппаратуры, а нестабильность частоты повторения приводит к погрешности воспроизведения частоты в приборах частотной метрологии, погрешности спектроскопических измерений и калибровок систем связи. В этой связи значительную актуальность приобретает предлагаемый проект, целью которого является разработка и исследование генератора оптической гребенки со стабилизацией амплитудных и частотно-временных характеристик оптического излучения в телекоммуникационном диапазоне спектра. Для достижения поставленной цели необходимо решить целый комплекс задач. Так необходимо разработать новый тип насыщающегося поглотителя на основе высокоплотных углеродных одностенных нанотрубок, который должен обладать низким порогом просветления, сверхбыстрым временем отклика и упорядоченной структурой. Этот комплекс нелинейных оптических свойств позволит использовать его в разрабатываемом макете стабильного комб-генератора оптического излучения в телекоммуникационном диапазоне спектра. Также необходимо разработка схемотехнических решений на основе новейших типов наноматериалов и специальных волоконных световодов (например, на основе высоконелинейных волокон и волокон с поддержкой поляризации, в том числе поляризующие) для стабилизации выходных параметров резонатора комб-генератора, необходимо проведение исследования новых методов усиления ультракоротких импульсов, провести работы по созданию экспериментального макета и выполнить исследования стабильности лазерной генерации разработанного источника ультракоротких импульсов.. Проект также направлен на получение и изучение свойств устойчивого режима генерации группы связанных солитонов (солитонных молекул) в оптическом комб-генераторе. Такой новый тип комб-генератора можно использовать в качестве источника устойчивого и стабильного излучения, а также для спектрометрического анализа космического излучения (так называемый, астрокомб). Кроме того, генерация когерентно связанных групп солитонов может значительно увеличить эффективность усиления ультракоротких импульсов, что открывает новые горизонты, например, в холодной микро-обработке новых материалов. Результаты проведенных экспериментально-теоретических работ позволят расширить теоретические знания в области фемтосекундной волоконной оптики, позволят получить новые данные о физических закономерностях, приводящих к синхронизации мод лазера, дадут возможность описать нелинейно-оптические процессы, происходящие в резонаторе лазера.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Федоренко А.Ю., Прудников А.О., Орехов И.О., Сазонкин С.Г. Дворецкий Д.А., Денисов Л.К., Карасик В.Е. Generation of similariton-like pulse bunch in erbium-doped fiber laser with hybrid mode-locking SPIE, Proceedings Volume 12920, XVI International Conference on Pulsed Lasers and Laser Applications; 1292005 (2023) (год публикации - 2023)
10.1117/12.3008252

2. Лаздовская У.С., Орехов И.О., Исмаил Альмикдад, Фейфей Ян, Дворецкий Д.А., Сазонкин С.Г., Карасик В.Е., Денисов Л.К., Давыдов В.А. High-Density Well-Aligned Single-Walled Carbon Nanotubes for Application as a Saturable Absorber with High-Pass Filter Effect in an Erbium-Doped Ultra-Short Pulse Fiber Laser ACS Applied Nano Materials, CS Appl. Nano Mater. 2023, XXXX, XXX, XXX-XXX (год публикации - 2023)
10.1021/acsanm.3c04766

3. Исмаил А., Крылов А.А. 17 fs environmentally stable erbium-doped all-fiber 23.76 MHz oscillator with extra-cavity nonlinearity and dispersion management Optics Letters, Vol. 49, Issue 20, pp. 5977-5980 (год публикации - 2024)
10.1364/OL.540588

4. Исмаил А., Янь Ф., Федоренко А.Ю., Орехов И.О., Сазонкин С.Г., Дворецкий Д.А., Денисов Л.К., Карасек В.Е., Арутюнян Н.Р., Образцова Е.Д. Self – assembled aligned single – walled carbon nanotubes as an anisotropic polarizer and saturable absorber in erbium-doped femtosecond fiber laser Carbon, Volume 230, November (год публикации - 2024)
10.1016/j.carbon.2024.119672

5. Федоренко А.Ю, Исмаил А., Орехов И.О., Дворецкий Д.А., Сазонкин С.Г., Денисов Л.К., Карасик В.Е Similariton-like Pulse Evolution in an Er-Doped Fiber Laser with Hybrid Mode Locking Photonics , 11(4), 387 (год публикации - 2024)
10.3390/photonics11040387

6. Янь Ф., Исмаил А., Орехов И.О., Сазонкин С.Г., Дворецкий Д.А., Крылов А.А., Денисов Л.К., Карасик В.Е. Numerical simulation of supercontinuum generation in all-fiber Er-doped master oscillator fiber amplifier 2024 International Conference Laser Optics (ICLO), 2024 International Conference Laser Optics (ICLO) (год публикации - 2024)
10.1109/ICLO59702.2024.10623989

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В рамках проекта за 2024 год были выполнены следующие научно-технические задачи: 1. Исследована стабильность полученных режимов генерации в задающем генераторе комб-генератора с применением новых насыщающихся поглотителей. 2. Разработана математическая модель распространения и развития генерации ультракоротких импульсов в резонаторе с применением новых насыщающихся поглотителей. 3. Разработана математическая модель распространения и развития генерации в разрабатываемом эрбиевом усилителе ультракоротких лазерных импульсов. 4. Проведены исследования методов усиления ультракоротких лазерных импульсов с целью получения суперконтинуума для дальнейшей стабилизации параметров импульсов в комб-генераторе. 5. Исследовано влияние основных параметров насыщающегося поглотителя (глубина модуляции, время релаксации и порог насыщения) на стабильность выходных характеристик задающего генератора комб-генератора. 6. Исследована стабильность лазера ультракоротких импульсов на основе специальных типов волоконных световодов с сохранением поляризации, а также оптимизация стабильности характеристик выходного излучения. 7. Исследована устойчивость режима генерации солитонных молекул в волоконных лазерах с применением новых насыщающихся поглотителей и специальных световодов. В результате работы были реализованы макеты волоконных лазеров УКИ, которые удовлетворяли требованиям: частота повторения импульсов в диапазоне лежала в диапазоне 10-30 МГц; длительности импульса фемтосекундного лазера варьировались от 17 до 500 фс; относительный шум интенсивности лазера составил -140 дБн/Гц; средняя выходная мощность 152 мВт; относительная нестабильность частоты повторения импульса, не хуже 6,037^(-9) за 1 с. Результаты работ были опубликованы в высокорейтинговых журналах, таких как Carbon, Optics Letters и Photonics. Публикации по проекту в СМИ: https://inscience.news/ru/article/russian-science/plenki-iz-parallelno-lezhashih-nanotrubok-povysili

Публикации