Учёные создали компьютерную модель, объяснившую сужение спектра в многожильном волоконном лазере

Учёные создали компьютерную модель, которая показывает, как работает многожильный волоконный лазер и как получить узкий и стабильный спектр. Расчёты показали, что при близком расположении световодов и свободном перетекании света между ними несколько линий объединяются в одну. По словам исследователй, ширина линии почти в десять раз меньше, чем при разнесённых световодах. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда. Результаты исследования опубликованы в журнале High Power Laser Science & Engineering.

Волоконный лазер — это тонкое стеклянное волокно с сердцевиной, по которой проходит свет. Такие устройства используют для резки и сварки металлов, в медицинских инструментах и в системах передачи данных. Чтобы увеличить мощность, повышают накачку и расширяют сердцевину. Это приводит к нежелательным эффектам, включая филаментацию луча и самофокусировку, из-за которой волокно может разрушиться.

Многожильные волокна состоят из нескольких световодов и позволяют получить более высокую мощность. В каждой жиле есть брэгговская решётка, которая отражает свет на нужной длине волны и усиливает его. Но такие световоды работают несогласованно, так как решётки немного различаются. В итоге спектр получается широким и нестабильным, и такой луч трудно сфокусировать.

Ранее исследователи из Института автоматики и электрометрии СО РАН и Новосибирского государственного университета обнаружили эффект «схлопывания» спектра. Если жилы расположены близко, свет начинает переходить между ними, и вместо нескольких линий появляется одна узкая линия. При этом не было модели, которая объясняла бы этот процесс и позволяла им управлять.

В новой работе учёные создали модель, учитывающую неоднородности волокна, шумы, нелинейные эффекты и параметры