Лазер «оживает»: ученые запечатлели рождение сверхбыстрых лазерных импульсов
Осциллятор Мамышева уже давно используется в передовых технологических областях, в том числе, в оптической связи, метрологии частоты и микромеханической обработке материалов. В своей новой работе ученые из Хунаньского университета впервые детально описали динамику формирования гармонической синхронизации мод (Harmonic Mode-Locking, HML) в полностью волоконном MO с эрбиевым легированием.
Суть HML заключается в том, что в пределах одного оборота света в резонаторе формируется не один, а сразу несколько лазерных импульсов. Такой режим дает возможность значительно увеличить частоту повторения импульсов без ухудшения их стабильности и энергии. Однако до недавнего времени процессы, происходящие на начальном этапе формирования таких импульсов, оставались практически неизученными из-за чрезвычайной сложности экспериментального наблюдения.
С помощью современной техники дисперсионного преобразования Фурье с временным растяжением (TS-DFT) команда под руководством доктора Нина Ли смогла наблюдать в реальном времени спектральную эволюцию в резонаторе MO. Физики обнаружили, что устойчивое формирование гармонических импульсов в этом типе лазера происходит не за счет привычного эффекта расщепления одного импульса, как считалось ранее, а за счет усиления множества слабых импульсов-«зародышей», которые попадают в резонатор на начальном этапе работы.
В ходе экспериментов были выделены пять фаз ультрабыстрого перехода от инициализации к устойчивому генерационному режиму: релаксационные колебания, режим мультиимпульсов, коллапс и восстановление импульсов, нестабильная гармоническая генерация и, наконец, стабильная HML. Эти фазы были зафиксированы и количественно описаны как экспериментально, так и в ходе численного моделирования.
Важно, что в процессе наблюдений все полученные гармонические импульсы демонстрировали исключительно высокий уровень стабильности — соотношение сигнал/шум превышало 80 децибел. Это делает разработанный MO особенно перспективным для практического использования, где требуются стабильные и мощные лазерные импульсы с высокой частотой повторения.
Доктор Ли подчеркивает, что эти результаты могут существенно изменить наше понимание механизмов генерации в волоконных лазерах и заложить основу для более точного управления их переходными динамическими состояниями. Это, в свою очередь, может привести к созданию более эффективных и надежных ультрабыстрых лазерных систем нового поколения.
