Экстремальная фемтосекундная волоконная оптика

Стремительный прогресс волоконных технологий привел к созданию волоконных лазерных систем, способных конкурировать с твердотельными системами на объемных элементах. Компактность, невысокая стоимость и надежность волоконных систем делают их привлекательными как для фундаментальных исследований, так и для практических приложений. Генерация оптических импульсов с экстремальными параметрами (предельно короткая длительность и сверхширокий спектр) стала ярким достижением нелинейной волоконной оптики, что привело к формированию нового направления – экстремальной волоконной оптики.

Сотрудниками ИПФ РАН получены фундаментальные результаты по нелинейной теории волновых солитонов, включающих малое число оптических колебаний поля, и по формированию импульсов предельно короткой длительности в средах керровского типа (А. В. Ким, С. А. Скобелев).

Разработан ряд технологий для создания полностью волоконных лазерных источников перестраиваемого фемтосекундного излучения в сверхшироком диапазоне длин волн 0,9–2,7 мкм (Е. А. Анашкина, А. В. Андрианов, А. В. Ким, С. В. Муравьев). В основе этих технологий лежит преобразование фемтосекундных импульсов, генерируемых эрбиевой лазерной системой, в нелинейно-оптических спектрально-временных преобразователях, в качестве которых используются световоды с заданными дисперсионными свойствами (с плавно уменьшающейся по длине дисперсией (dispersion-decreasing fiber, DDF), со смещенной дисперсией (dispersion-shifted fiber, DSF), германатные и теллуритные световоды).

Эти технологии позволили получить важные результаты:

• в полностью волоконной системе на основе DSF получены импульсы длительностью 13 фс, что составляет 2 периода колебаний оптического поля на длине волны 1,7 мкм;
• предложена и разработана схема генерации лазерных импульсов микроджоулевого уровня на длине волны около 1 мкм и оптически синхронизированных с ними предельно коротких импульсов в диапазоне 1,6–2 мкм. Затравочные импульсы в области 1 мкм формируются в DSF, а их усиление осуществляется в иттербиевых активных волокнах с большим размером моды;
• продемонстрирована возможность продвижения в средний ИК-диапазон с использованием германатных и теллуритных волокон.