2023

Создание антиотражающих микроструктур на поверхности нелинейно-оптических кристаллов фемтосекундным лазерным излучением

А.В.Достовалов, В.Е. Федяй, В.А. Симонов, А.Э. Симанчук, С.А.Бабин (ИАиЭ);

Л.И. Исаенко, А.П. Елисеев, С.И. Лобанов, А.А. Шкляев (ИГМ СО РАН, НГУ);

С.А. Сюбаев , А.А. Кучмижак (ИАПУ ДВО РАН, ДВФУ)

Исследовано воздействие фемтосекундных лазерных импульсов на поверхность нелинейно-оптических кристаллов с высоким показателем преломления (n > 2.5). Найдены оптимальные режимы лазерного воздействия для создания антиотражающих микроструктур на поверхности кристаллов GaSe и BaGa₄Se₇. В первом случае при воздействии ИК фс лазерного излучения на поверхность кристалла созданы образцы антиотражающих микроструктур в виде периодических углублений с глубиной 1,7 мкм и периодом 3 мкм, обладающие пропусканием до 94 %, что существенно превышает исходное пропускание кристаллов (65%) [1, 2]. Во втором случае при воздействии УФ фс лазерного излучения на поверхность кристалла BaGa₄Se₇ была создана структура с периодом 500 нм, увеличивающая пропускание образца с 66% до 84% на длинах волн ≈1,5 мкм [3]. Таким образом, предложен метод создания антиотражающих микроструктур на поверхности нелинейно-оптических кристаллов с высоким показателем преломления, что открывает возможности для создания высокоэффективных источников излучения ближнего и среднего ИК диапазона.

 

Рис.1 СЭМ изображение антиотражающих микроструктур, созданных на поверхности кристаллов GaSe при воздействии фс импульсов (а), соответствующие спектры пропускания антиотражающих микроструктур, созданных при различных количествах импульсов 1-8 (б), спектры пропускания антиотражающих микроструктур, созданных на поверхности кристаллов BaGa₄Se₇.

 

Публикации:

1. Yelisseyev, A.; Fedyaj, V.; Simonov, V.; Isaenko, L.; Lobanov, S.; Shklyaev, A.; Simanchuk, A.; Babin, S.; Dostovalov, A. Femtosecond Laser Direct Writing of Antireflection Microstructures on the Front and Back Sides of a GaSe Crystal. Photonics 9, 774 (2022). https://doi.org/10.3390/photonics9100774 (IF= 2.5)

2. A. P. Yelisseyev, L. I. Isaenko, S. I. Lobanov, A. V. Dostovalov, A. A. Bushunov, M. K. Tarabrin, A. A. Teslenko, V. A. Lazarev, A. A. Shklyaev, S. A. Babin, A. A. Goloshumova, and S. A.Gromilov, Effect of antireflection microstructures on the optical properties of GaSe. Opt. Mater. Express 12, 1593-1608 (2022) (IF=2.8)

3. S. Syubaev, E. Modin, S. Gurbatov, A. Cherepakhin, A. Dostovalov, A. Tarasova, P. Krinitsin, A. Yelisseyev, L.Isaenko, A. Kuchmizhak. SWIR anti-reflective nanostructures on nonlinear crystals by direct UV femtosecond laser printing. Appl. Phys. Lett. 123 (6): 061108 (2023) (IF= 4)

 

Пространственная и спектральная локализация излучения в многосердцевинном волоконном лазере с резонатором на основе 3D массива брэгговских решеток

А.Г.Кузнецов, А.А.Вольф, М.И.Скворцов, А.В.Достовалов, Е.В.Подивилов, С.А.Бабин (ИАиЭ);

 О.Н.Егорова, С.Л.Семенов (НЦВО ИОФ РАН)

Разработана технология фемтосекундной поточечной записи 3D массивов волоконных брэгговских решеток (ВБР) с заданным распределением [1]. В пассивном 7-сердцевинном световоде с резонатором на основе массива плотных ВБР накачка и внутрирезонаторная ВКР генерация распределяются между всеми (связанными) сердцевинами, а выходной пучок ВКР выходит из центральной сердцевины (рис.1), т. е. получена пространственная локализация (сложение пучков). Выходной спектр сужен (<0,2 нм при 5 Вт) из-за увели- ченного поля моды в резонаторе и интерференции пучков, отраженных от разных ВБР [1].   

 В отсутствие оптической связи в 7-сердцевинном активном (Yb) световоде с массивом из 7 ВБР спектр генерации состоит из 7 независимых линий (рис.2a), тогда как в присутствие связи сердцевин спектр коллапсирует в одну линию (рис.2b), т.е. обнаружена спектральная локализация пучков. Построенная модель показывает, что в этом случае происходит гибридизация супермод, а спектр генерации определяется среднегеометриче-ским спектром разных ВБР (~0,1 нм при 33 Вт), сужаясь с увеличением их разброса [2].   

Таким образом предложен новый поход к управлению пространственно-спектральными характеристиками многосердцевинных волоконных лазеров, имеющий фундаментальную и практическую значимость.

 

 

Рис.1 Выходной пучок: до порога генерации (накачка) (а) и при 5 Вт ВКР-генерации (Стокс) (б).        

 

Рис.2 Спектр генерации 7-сердцевинного Yb-лазера: без связи (а), со связью (б) сердцевин.

Публикации:

1. A. Wolf, A. Dostovalov, K. Bronnikov, M. Skvortsov, S. Wabnitz, and S. Babin. Advances in femtosecond direct writing of fiber Bragg gratings in multicore fibers: technology, sensor and laser applications. Opto-Electronic Advances  5 (4) 210055 (2022) Q1 / IF=14.1

2. A.G. Kuznetsov, A.A. Wolf, O.N. Egorova, S.L. Semjonov, A.V. Dostovalov, E.V. Podivilov, S.A. Babin. Spectrum collapse in a 7-core Yb-doped fiber laser with an array of fs-inscribed fiber Bragg gratings. Opt. Lett. 48 (13) 3603-3606 (2023). Q1 / IF=3.6

3. S.A. Babin. Advances in femtosecond laser direct writing of fiber Bragg gratings: technology, sensor and laser applications. VII Int. Conf. "UltrafastLight-2023" (2-4 Oct. 2023, Moscow) пленарный докл.

4. S.A. Babin. New laser regimes in multimode and multicore fibers with femtosecond-pulse inscribed 1D-3D refractive-index structures. Advanced Fiber Laser Conference 2023 (Nov. 12-14, Shenzhen) пленар.

 

С основными результатами проекта РНФ за 2023 год можно ознакомится здесь.

Статья в газете “Поиск” о результатах проекта в 2023 г. опубликована здесь.

 

 

2022

Сужение линии генерации волоконного эрбиевого лазера с помощью естественного и искусственного рэлеевского отражателя

Скворцов М.И., Абдуллина С.Р., Власов А.А., Вольф А.А., Достовалов А.В., Подивилов Е.В., Бабин С.А.

Продемонстрировано экстремальное сужение линии генерации волоконного эрбиевого лазера с распределенной обратной связью (РОС-лазера) за счет дополнительной обратной связи, обеспеченной случайным рэлеевским рассеянием (РР). Измеренная гетеродинным методом долговременная ширина линии РОС-лазера сужается с 6 кГц до 160 Гц для гибридной конфигурации РОС-лазера и катушки одномодового волокна (ОМВ) с интегральным отражением на уровне R~0.003 для естественного РР (рис.1a).  При этом мгновенная (<1 мкс) ширина линии, оцениваемая из частотных шумов (рис.1b), в гибридной конфигурации сужается с 15 Гц до уровня 10^-3 Гц, определяемого электрическими шумами [1, 2]. Показано, что сужение линии РОС-лазера возможно и с компактным рэлеевским отражателем, искусственно сформированным в ОМВ методом фемтосекундной модификации [2,3]. В лазере с полуоткрытым линейным резонатором, состоящем из волоконной брэгговской решётки, активного волокна с высокой концентрацией эрбия (изготовленного НЦВО РАН) и искусственного рэлеевского отражателя длиной 10 см с увеличенным уровнем РР (+41.3 дБ/мм), получена одночастотная случайная генерация мощностью до 2.5 мВт с шириной линии ∼10 кГц с возможностью перестройки длины волны в диапазоне усиления эрбия [4]. Созданные лазеры являются перспективными источниками для приложений в когерентной рефлектометрии.

Публикации:

1. M. I. Skvortsov, S. R. Abdullina, E. V. Podivilov, A. A. Vlasov, D. R. Kharasov, E. A. Fomiryakov, S. P. Nikitin, V. N. Treshchikov, S. A. Babin. Extreme Narrowing of the Distributed Feedback Fiber Laser Linewidth Due to the Rayleigh Backscattering in a Single-Mode Fiber: Model and Experimental Test. Photonics 9(8), 590 (2022).
2. M.I. Skvortsov, S.R. Abdullina, A.A. Wolf, A.V. Dostovalov, A.A. Vlasov, E.V. Podivilov and S.A. Babin. Narrowing of the generation line of a DFB laser to subhertz width in hybrid configuration. International Conference Laser Optics 2022 (St.-Petersburg, 20-24 June 2022), Proc., IEEE Publ., paper WeR1-22 (2022). DOI:10.1109/ICLO54117.2022.9840035
3. M. I. Skvortsov, A. A. Wolf, E. A. Fomiryakov, V. N. Treshchikov, S. P. Nikitin, A. A. Vlasov, A. V. Dostovalov, S. A. Babin. Er-doped fiber laser with regular and random distributed feedback. J. Phys. Conf. Ser., 2249 012016 (2022) doi:10.1088/1742-6596/2249/1/012016.
4. M. I. Skvortsov, A. A. Wolf, A. V. Dostovalov, O. N. Egorova, S. L. Semjonov, and S. A. Babin. Narrow-linewidth Er-doped fiber lasers with random distributed feedback provided by artificial Rayleigh scattering. J. Lightwave Technology 6, 1829-1835 (2022).

 

Нелинейная динамика многомодового излучения, исследованная методом модовой декомпозиции

Д.С. Харенко1,2,*, М.Д. Гервазиев1,2, Н. Н. Смолянинов1, М. Ферраро3, Ф. Манджини3, М. Дзителли3, С. Вабниц2,3, Е.В. Подивилов1,2, С.А. Бабин1,2
1 Институт автоматики и электрометрии СО РАН
2 Новосибирский государственный университет, 3 DIET, Sapienza University of Rome, Italy

Проведён анализ многомодовых (ММ) пучков, распространяющихся по световолу в режиме керровской самочистки с нулевым [1] и ненулевым [2] орбитальным угловым моментом, и генерируемых в ММ ВКР-лазере [3], с помощью разработанного метода модовой декомпозиции [4]. Установлено, что при увеличении мощности распределение по модам приближается к теоретически предсказанному обобщённому распределению Рэлея-Джинса (соотвующему «термализации» мод при распространении), вид которого зависит от суммарного углового орбитального момента. При непрерывной генерации в ММ ВКР-лазере значительная доля мощности стоксового пучка содержится в фундаментальной моде (~40%), а распределение становится экспоненциальным. Для создания произвольной фазовой маски при декомпозиции используется пространственный модулятор света, так что при освещении масок ММ излучением можно получить информацию как об амплитуде, так и о фазе каждой моды. Последовательный перебор масок позволяет получить полную информацию о модовом составе поля.

Рис. 1. Слева — экспериментальные результаты (столбцы) МД для пучка в режиме самочистки с нулевым (сверху) и ненулевым угловым орбитальным моментом (снизу). Справа — распределение мощности по модам в стоксовом пучке ММ ВКР-лазера. Штриховые и штрих-пунктирные линии — аппроксимации для экспоненциального закона и распределения Рэлея-Джинса соответственно. На вставках — измеренные и восстановленные профили пучков

Публикации:

1. Mangini et al., Statistical mechanics of beam self-cleaning in GRIN multimode optical fibers, Opt. Express 30(7) 10850 (2022)
2. V. Podivilov et al, Thermalization of orbital angular momentum beams in multimode optical fibers, Phys. Rev. Lett. 24, 243901 (2022)
3. S. Kharenko et al, Mode-resolved analysis of pump and Stokes beams in LD-pumped GRIN fiber Raman lasers,” Opt. Lett. 47(5) 1222 (2022)
4. M. D. Gervaziev et al., Mode decomposition of multimode optical fiber beams by phase-only spatial light modulator, Laser Phys. Lett. 18(1) 015101 (2021)

---