Разработка физических основ волоконных лазеров с динамической распределенной обратной связью для практических применений

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 18-12-00243

НазваниеРазработка физических основ волоконных лазеров с динамической распределенной обратной связью для практических применений

Руководитель Каблуков Сергей Иванович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №28 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-303 - Физика лазеров

Ключевые слова волоконный лазер, перестраиваемый лазер, распределенная обратная связь, динамическая решетка, одночастотное излучение

Код ГРНТИ29.33.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Источники лазерного излучения с перестраиваемой длиной волны находят свое применение во многих областях науки и техники: от спектроскопии до сенсорных применений. Как правило, для перестройки длины волны применяются подходы с использованием различных спектральных селекторов с возможностью внешнего управления, таких как интерферометры, дифракционные решетки и т.д. Кроме того, для управления длиной волны лазера требуется драйвер. Все эти элементы лазера являются достаточно сложными и дорогостоящими устройствами. В свою очередь, всё это усложняет конечные устройства, использующие перестраиваемые источники излучения. Альтернативой использованию внешних селекторов и драйверов является лазер с динамической распределенной обратной связью (ДРОС) в котором перестройка длины волны происходит за счет самоиндуцированного формирования динамических решеток показателя преломления в активной среде. Простота конструкции и высокое качество выходных характеристик перестраиваемого ДРОС-лазера позволяют ему конкурировать с традиционным перестраиваемым источником излучения. В частности, при определенных условиях можно получить режим перестройки частоты генерации, когда лазерная частота при генерации каждого нового импульса изменяется ступенчатым образом на фиксированную величину, соответствующую межмодовому расстоянию резонатора, а в каждый момент времени генерируется только одна продольная мода (частота). Более того, диапазон перестройки может достигать десятков нм, что эквивалентно миллиону последовательно генерируемых продольных мод лазера. Таким образом, при правильном конструировании ДРОС-лазер может представлять собой самый простой вариант перестраиваемого в широком диапазоне одночастотного лазерного источника. Однако, при эксплуатации такие лазеры требуют учёта некоторых особенностей их работы - импульсный характер излучения, отсутствие жесткой привязки длины волны генерации ко времени и т.д. Учет специфических свойств генерируемого излучения требует создания физических основ работы ДРОС-лазеров и проработки специфических подходов к его успешному применению в практических устройствах. Несмотря на некоторые демонстрации практических приложений ДРОС-лазеров (высокоразрешающая характеризация оптических свойств элементов и лазерных спектров), на данный момент времени не существует единых подходов для их использования. Таким образом, научная проблема, на решение которой направлен проект, заключается в создании физических основ работы волоконных ДРОС лазеров, позволяющих упростить использование генерируемого такими лазерами излучения в различных практических приложениях. Актуальность поставленной проблемы состоит в разработке новых принципов получения и управления лазерного излучения со спектральной динамикой. Ожидается, что разработанные подходы позволят как повысить их конкурентоспособность по сравнению с традиционными перестраиваемыми лазерными системами, так и найти новые области применения – в системах безопасности, нефтяной и газовой промышленности, ядерной энергетике, телекоммуникациях, биологии и медицине. Научная значимость проблемы заключается в установлении фундаментальных механизмов, ответственных за спектральную динамику в ДРОС-лазерах, а также в поиске механизмов для управления и контроля параметрами излучения в этих лазерах. С целью апробации разработанных подходов при окончании проекта планируется демонстрация нескольких практических схем на основе ДРОС-лазера, направленных на высокоразрешающее дистанционное измерение профилей объектов и дистанционный мониторинг состояния атмосферы.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Ткаченко А.Ю., Владимирская А. Д., Лобач И. А., Каблуков С. И. Michelson mode selector for spectral range stabilization in a self-sweeping fiber laser Optics Letters, 7, 43, 1558-1161 (год публикации - 2018)
10.1364/OL.43.001558

2. Бударных А. Е., Владимирская А. Д., Лобач И. А., Каблуков С. И. Broad-range self-sweeping single-frequency linearly polarized Tm-doped fiber laser Optics Letters, 21, 43, 5307-5310 (год публикации - 2018)
10.1364/OL.43.005307

3. Ткаченко А.Ю., Владимирская А. Д., Лобач И. А., Каблуков С. И. Sweeping range control in a self-sweeping laser with selective mirrors Proceedings of SPIE, 10821, 108210V-1-108210V-8 (год публикации - 2018)
10.1117/12.2502637

4. Бударных А. Е., Владимирская А. Д., Лобач И. А., Каблуков С. И. Broad-range self-sweeping single-frequency Tm-doped fiber laser for sensing applications Proceedings of SPIE, 10814, 108140R (год публикации - 2018)
10.1117/12.2502635

5. Дробышев Р. В., Лобач И. А., Каблуков С. И. Dynamic grating lifetime in a self-sweeping ytterbium fiber laser Proceedings - International Conference Laser Optics 2018, p. 35 (год публикации - 2018)
LO.2018.8435595

6. Ткаченко А.Ю., Владимирская А. Д., Лобач И. А., Каблуков С. И. Michelson reflector for spectral range stabilization in a self-sweeping fiber laser Proceedings - International Conference Laser Optics 2018, p. 23 (год публикации - 2018)
10.1109/LO.2018.8435584

7. Лобач И. А., Дробышев Р. В., Подивилов Е. В., Каблуков С. И. Динамика спектра динамических решеток в активной среде волоконного лазера с самосканированием частоты 8й Российский семинар по волоконным лазерам, с. 59-60 (год публикации - 2018)
10.31868/RFL2018.59-60

8. Бударных А. Е., Владимирская А. Д., Лобач И. А., Каблуков С. И. Одночастотный тулиевый лазер с широкополосным самосканированием частоты 8й Российский семинар по волоконным лазерам, с. 57-58 (год публикации - 2018)
10.31868/RFL2018.57-58

9. Ткаченко А.Ю., Лобач И. А., Подивилов Е. В., Каблуков С. И. Эффекты согласования мод при стабилизации верхней границы сканирования в волоконном лазере с самосканированием частоты 8й Российский семинар по волоконным лазерам, с. 195-196 (год публикации - 2018)
10.31868/RFL2018.195-196

10. Бударных А.Е., Лобач И.А., Каблуков С.И. Self-sweeping Tm-doped fiber laser with wavelength stopping Laser Physics Letters (год публикации - 2019)

11. Бударных А.Е., Владимирская А.Д., Лобач И.А., Каблуков С.И. High-resolution analysis of the wavelength stopping effect in a self-sweeping fiber laser Laser Physics Letters, №8,vol. 16, 085104 (год публикации - 2019)
10.1088/1612-202x/ab286a

12. Каширина Е.К., Лобач И.А., Каблуков С.И. Single-frequency self-sweeping Nd-doped fiber laser Optics Letters, № 9, vol. 44, pp. 2252-2255 (год публикации - 2019)
10.1364/OL.44.002252

13. Дробышев Р.В., Лобач И.А., Подивилов Е.В., Каблуков С.И. Spectral characterization technique of self-organized distributed feedback in a self-sweeping fiber laser Optics Express, Vol. 27, Issue 15, pp. 21335-21346 (год публикации - 2019)
10.1364/OE.27.021335

14. Бударных А.Е., Владимирская А.Д., Скворцов М.И., Вольф А.А., Лобач И.А., Каблуков С.И. Tm-doped fiber laser with control of spectral dynamics Proceedings of SPIE, Vol. 11028, Номер статьи 110282T (год публикации - 2019)
10.1117/12.2522437

15. Бударных А.Е., Лобач И.А., Каблуков С.И. Тулиевый волоконный лазер с управляемым самосканированием длины волны ФОТОН-ЭКСПРЕСС, №6, сс. 226-227 (год публикации - 2019)
10.24411/2308-6920-2019-16113

16. Каширина Е.К., Лобач И.А., Каблуков С.И. Неодимовый волоконный лазер с самосканированием частоты ФОТОН-ЭКСПРЕСС, №6, сс. 228-229 (год публикации - 2019)
10.24411/2308-6920-2019-16114

17. Лобач И.А., Дробышев Р.В., Подивилов Е.В., Каблуков С.И. Метод спектральной характеризации динамических решеток в волоконном самосканирующем лазере ФОТОН-ЭКСПРЕСС, №6, сс. 232-233 (год публикации - 2019)
10.24411/2308-6920-2019-16116

18. Бударных А.Е., Лобач И.А., Каблуков С.И. Волоконные лазеры с самосканированием частоты для исследования атмосферы в двухмикронном диапазоне Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Материалы XXV Международного симпозиума, Конференция C. Исследование атмосферы и океана оптическими методами. C-402 (год публикации - 2019)

19. Каширина Е.К., Лобач И.А., Каблуков С.И. Self-sweeping operation of Nd-doped fiber laser 2019 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC), OSA Technical Digest (Optical Society of America, 2019), paper cj_p_27 (год публикации - 2019)
10.1109/CLEOE-EQEC.2019.8871796

20. Каширина Е. К., Лобач И. А., Каблуков С. И. Dual-longitudinal-mode CW self-sweeping operation in Er-doped fiber laser Optics Letters, No 24, 45, 6659-6662 (год публикации - 2020)
10.1364/OL.412781

21. Каширина Е.К., Лобач И.А., Каблуков С.И. Узкополосный линейно-поляризованный эрбиевый волоконный лазер с самосканированием длины волны вблизи 1.6 мкм 9й Международный семинар по волоконным лазерам, cc. 59-60 (год публикации - 2020)
10.31868/RFL2020.59-60

22. Смолянинов Н.Н., Ткаченко А.Ю., Лобач И.А., Каблуков С.И. Модуль обработки оптических сигналов с устройств на основе волоконного лазера с самосканированием частоты Приборы и техника эксперимента, № 2 (год публикации - 2021)
10.31857/S0032816221020099

23. Воликова А.М., Смолянинов Н.Н., Лобач И.А., Каблуков С.И. Дальномер на основе иттербиевого волоконного лазера с самосканированием длины волны Прикладная фотоника (год публикации - 2020)

24. Воликова А.М., Смолянинов Н.Н., Лобач И.А., Каблуков С.И. Дальномер на основе иттербиевого волоконного лазера с самосканированием длины волны 9й Международный семинар по волоконным лазерам, сс. 189-190 (год публикации - 2020)
10.31868/RFL2020.189-190

25. Дробышев Р.В., Лобач И.А., Каблуков С.И. Характеризация динамических решеток инверсии населенности в иттербиевом волокне 9й Международный семинар по волоконным лазерам, сс. 57-58 (год публикации - 2020)
10.31868/RFL2020.57-58

26. Лобач И.А., Каблуков С.И., Подивилов Е.В. Аналитическая модель генерации волоконного лазера в режиме одночастотного самосканирования 9й Международный семинар по волоконным лазерам, сс. 187-188 (год публикации - 2020)
10.31868/RFL2020.187-188

Публикации