Учёные из Новосибирска нашли способ сделать мощный лазерный свет более ровным и стабильным. Они обнаружили, что при увеличении мощности свет начинает распределяться почти поровну между несколькими каналами внутри одного тонкого оптоволокна. В эксперименте использовали волокно с семью такими каналами, а колебания распределения света при высокой мощности снизились до менее 5%.
Речь идёт об оптоволокне, внутри которого не один, а сразу несколько каналов для света. Представьте очень тонкую стеклянную нить, внутри которой проложили несколько отдельных «дорожек». В эксперименте таких сердцевин было семь. Это позволяет одновременно передавать свет по нескольким каналам и объединять его в один общий пучок.
Но у такой конструкции есть недостаток — расположенные рядом сердцевины начинают влиять друг на друга. При небольшой мощности энергия между ними распределяется случайным образом, поэтому в одном канале её может оказаться больше, в другом меньше. На выходе получается неровный и нестабильный световой пучок.
Как учёные из Новосибирска решили проблему с лазерами
Исследователи из Института автоматики и электрометрии СО РАН и Новосибирского государственного университета сначала пропустили через волокно сравнительно слабые лазерные импульсы — около 130 ватт. При низкой мощности распределение выходной мощности между сердцевинами было случайным и характеризовалось значительными флуктуациями — энергия постоянно перераспределялась между ними, поэтому на выходе получалось неровное и меняющееся световое пятно.
Затем учёные значительно увеличили мощность — до нескольких киловатт. И свет начал распределяться между всеми семью каналами гораздо равномернее. На выходе вместо пятнистого и нестабильного изображения получался более ровный и устойчивый световой пучок.
Эксперимент проводили с очень короткими лазерными импульсами в оптоволокне длиной около 10 метров. При этом новый режим оказался устойчивым даже тогда, когда волокно сгибали или скручивали. Исследователи также установили, что примерно через пять метров свет уже начинает распределяться между каналами более равномерно.
Учёные объясняют эффект нелинейными свойствами света
При высокой мощности лазер начинает влиять на свойства материала внутри оптоволокна, из-за чего энергия активнее перераспределяется между соседними сердцевинами. В результате отдельные колебания сглаживаются, и свет в итоге распределяется между всеми семью сердцевинами гораздо равномернее.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда. Результаты научных изыскний опубликованы в журнале Opto-Electronic Advances.
Авторы считают, что полученный эффект может пригодиться при создании будущих оптических систем для связи, лазерной техники, сенсорики и визуализации. Отдельно рассматривается возможное применение в медицинском и промышленном лазерном оборудовании.