Эрбиевый лазер представляет собой инновационное устройство с твердотельной структурой, где в качестве активной среды выступают кристаллы или стекла с добавлением ионов эрбия (Er3+). Эти передовые технологические решения успешно применяются в различных областях — от современной медицины до высокотехнологичного производства, включая телекоммуникационную сферу и материаловедение. Традиционные разновидности волоконных лазеров отличаются умеренным уровнем легирования активного компонента при значительной протяженности резонатора. Подобная конфигурация обеспечивает формирование расширенного спектра излучения с множественными продольными модами. При этом сокращение длины резонатора способствует сужению спектра вплоть до одномодового режима. Важно отметить, что помимо геометрических параметров, существенное влияние на характеристики излучения оказывает насыщенность среды ионами эрбия.
В современной оптике одной из приоритетных задач является эффективное уменьшение габаритов эрбиевых волоконных лазеров. Перспективным направлением решения этой задачи становится повышение концентрации легирующих элементов в активной среде. Интенсификация насыщения ионами эрбия приводит к их усиленному взаимодействию, что трансформирует структуру квантовых уровней среды и обеспечивает переход лазера в импульсный режим работы.
Группа талантливых исследователей создала уникальные образцы активных волокон с различной концентрацией эрбия. Первый тип характеризуется относительно высоким содержанием эрбия (около 0,03%), второй — экстремально высокой концентрацией (примерно 0,3%). Разработанные лазерные системы демонстрируют двухпороговый механизм генерации: начальный порог знаменует старт импульсного режима, последующий — переключение на непрерывное излучение.
Исследовательская команда под руководством Александра Смирнова, выдающегося специалиста МГУ и МФТИ, провела масштабное изучение фундаментальных характеристик импульсного режима. Ученые успешно продемонстрировали степенную зависимость ключевых параметров системы при различных значениях интенсивности накачки. Особое внимание было уделено анализу transition-процессов между импульсным и непрерывным режимами генерации.
В ходе экспериментов были получены точные зависимости временных параметров лазерных импульсов в диапазоне длин волн 1539-1557 нм при варьировании длин резонаторов. Исследователи установили универсальную корреляцию между частотой, продолжительностью и амплитудой импульсов относительно мощности излучения. Определение критических индексов волоконных лазеров показало их нестандартные значения, что свидетельствует об уникальности обнаруженных закономерностей.
Олег Бутов, заместитель директора ИРЭ РАН, поделился историей исследования: «Наши предыдущие работы по анализу импульсного режима при различных длинах волн накачки привели к важному открытию. Мы доказали, что частотные и временные характеристики импульсов определяются прежде всего мощностью генерации, а не параметрами накачки».
Научный коллектив продолжает работу над созданием инновационных линейно поляризованных эрбиевых лазеров с одномодовым режимом работы и предельно узкой линией генерации. Это открывает новые перспективы для развития лазерных технологий.
Масштабное исследование реализовано благодаря сотрудничеству ведущих научных центров России, включая институты РАН, МФТИ, ВШЭ и МГУ. Проект получил поддержку Российского научного фонда, что подтверждает его высокую значимость для развития отечественной науки.
Результаты этого прорывного исследования закладывают фундамент для дальнейшего совершенствования лазерных технологий и их практического применения в различных областях.
Источник: naked-science.ru
