Научные и прикладные результаты лаборатории 172023Создание 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. 2022Сужение линии генерации волоконного эрбиевого лазера с помощью естественного и искусственного рэлеевского отражателяСкворцов 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:
Нелинейная динамика многомодового излучения, исследованная методом модовой декомпозицииД.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 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:
|