Группа выпускников НГУ — Евгений Подивилов, Денис Харенко, Влад Гонта, Олег Сидельников, Сергей Турицын, Михаил Федорук, Сергей Бабин и их коллега из Италии Катаржина Крупа — под руководством заведующего лабораторией нелинейной оптики волновых систем НГУ Стефана Вабница опубликовала в одном из самых престижных журналов в области физики Physical Review Letters статью Hydrodynamic 2D Turbulence and Spatial Beam Condensation in Multimode Optical Fibers.

В статье объяснен нелинейный эффект пространственной самочистки лазерного пучка, об открытии которого сообщалось ранее. 

Эффект наблюдается при распространении мощного оптического импульса в многомодовом световоде и имеет большой потенциал применений в различных областях: от лазерной резки материалов до кратного увеличения пропускной способности современных линий связи. Суть эффекта состоит в существенном увеличении качества излучения на выходе из световода при превышении определенного порога по пиковой мощности импульса.

Исходный пучок, сначала естественным образом распадаясь при распространении на сотни отдельных мод (спеклов), внезапно собирается обратно. Здесь можно провести аналогию с разрушенным морскими волнами замком из песка на пляже, который смог бы снова восстановиться. Однако такой процесс невозможно представить, ведь распад в природе обычно необратим. Тем не менее эффект с обратной самоорганизацией лазерного пучка был подтвержден независимыми экспериментами нескольких групп в Европе, США и России, но до сих пор не получил полного экспериментального и теоретического объяснения.

1.png 

Рис. 1. Численное моделирование эволюции интенсивностей различных мод оптического волокна при низкой (слева) и высокой (справа) пиковой мощности импульса. На вставке — соответствующий профиль пучка на выходе.

Подсказка к объяснению явления пришла из области гидродинамики и уже устоявшейся аналогии между явлением турбулентности в жидких средах и турбулентностью в оптике, возникающей в процессе четырхволнового смешения различных мод. Основная идея состоит в том, что в процессе нелинейного взаимодействия большого количества мод передача энергии между модами происходит в двух направлениях — прямом и обратном. Обратный каскад турбулентности направлен от средних мод к низшим и в пределе — к фундаментальной моде (конденсату), и именно этот процесс увидели в первых экспериментах. Прямой же каскад направлен в более чем сотню высших мод, куда попадает крошечная часть энергии, которую уже не так просто зафиксировать экспериментально. Чтобы подтвердить эту гипотезу, потребовалось разработать аналитическую модель, в которой явление описывалось бы строго математически на примере заданного числа мод, а в произвольном случае — провести численный расчет при параметрах, наиболее близких к экспериментальным (рис. 1), и поставить эксперимент для проверки предсказываемых теоретической моделью зависимостей величины эффекта от параметров входного пучка.

Проведенное в НГУ сравнение теории и эксперимента продемонстрировало их хорошее согласие и показало наличие некоего инварианта — эффективного числа мод, которое не меняется при изменении мощности, в том числе при переходе от пучка, распавшегося на спеклы (рис. 1а), к нелинейному режиму самочистки с доминированием основной моды (рис. 1б). Если возвратиться к пляжной аналогии, можно сказать, что замок на песке, конечно, возникнет, но не полностью (только его центральная башня), и одновременно с этим вокруг него останутся руины, разбросанные на значительные расстояния. Такая модель уже не противоречит основным физическим законам.

Похожие новости

  • 17/12/2016

    НГУ принимает участие в национальной программе по фотонике

    Новосибирский государственный университет участвует в Межведомственной программе исследований и разработок в области фотоники на 2017–2020 годы. Пять сотрудников университета входят в состав рабочих групп.
    1133
  • 16/06/2016

    НГУ и Сколтех запустили совместную образовательную программу в области фотоники

    Новосибирский государственный университет и Сколковский институт науки и технологий (Сколтех) разработали и запустили совместную магистратуру по фотонике. Следующим шагом в развитии сотрудничества станет создание образовательной программы в области биотехнологий, сообщает пресс-служба НГУ.
    2012
  • 23/03/2017

    Статья новосибирских физиков вошла в десятку наиболее цитируемых статей престижного журнала «Advances in Optics and Photoniсs».

    Оптическое общество Америки (OSA) регулярно публикует списки наиболее цитируемых работ из своих журналов. Среди журналов OSA наибольший импакт-фактор (более 12) имеет «Advances in Optics and Photoniсs».
    1278
  • 07/07/2017

    Сотрудники Центра нелинейной фотоники и квантовых технологий НГУ выиграли престижные гранты РНФ

    ​Сотрудники недавно созданного Центра нелинейной фотоники и квантовых технологий НГУ выиграли престижные гранты Российского научного фонда.  Российский научный фонд осуществляет финансовую и организационную поддержку фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований посредством финансирования прошедших конкурсный отбор научных, научно-технических программ и проектов.
    919
  • 01/09/2016

    Новый тип лазеров: перспективы применения

    Квантовые технологии, современная оптика, изучение лазеров уже много лет являются предметом исследований преподавателей и студентов НГУ. Часть этих исследований ведется в сотрудничестве с ведущими мировыми исследовательскими центрами.
    2410
  • 19/12/2017

    Статья новосибирских учёных стала лидером по числу электронных скачиваний в журнале Американского оптического общества

    ​Выпускники Физического факультета НГУ Владимир Жуков, Александр Рубенчик, Михаил Федорук и Надежда Булгакова опубликовали в известном международном журнале Американского оптического общества Journal of Optical Society of America B статью, которая вошла в топ-15 наиболее читаемых и скачиваемых статей этого журнала по тематике «Лазеры и лазерная оптика» за 2017 год (почетное 6-е место).
    452
  • 14/03/2019

    Японский профессор-нобелевский лауреат стал почетным доктором НГУ

    14 марта Новосибирский государственный университет посетил японский ученый, нобелевский лауреат Амано Хироси. В рамках визита Амано Хироси был награжден дипломом почетного доктора НГУ. «Для меня очень большая честь получить награду вашего университета, так как НГУ находится на очень высоком уровне особенно в области физики и математики», — отметил Амано Хироси.
    90
  • 01/09/2016

    Сергей Турицин: нам вполне по силам быть среди мировых лидеров

    Фотоника как направление специализации появилось в НГУ относительно недавно - с созданием Лаборатории нелинейной фотоники в 2010 г. в рамках мегагранта Правительства РФ. Возглавил лабораторию выпускник Физического факультета НГУ, профессор Сергей Константинович Турицын, директор Института фотоники Университета Астон (Великобритания), который является международно признанным исследовательским центром в сфере фотонных технологий.
    2239
  • 04/08/2017

    Новосибирские ученые исследуют новые типы волоконных лазеров для линий связи

    Ученые НГУ, выигравшие грант Российского научного фонда (РНФ), намерены создать новый тип волоконных лазеров для высокоскоростных линий связи. Успешная реализация проекта позволит применить разработанные лазеры в качестве задающих источников информационного сигнала в телекоммуникационных системах на основе суперканалов.
    1312
  • 09/01/2017

    Зимняя школа юного физика «Архимед» стартовала в СУНЦ НГУ

    Третья зимняя школа юного физика «Архимед» начала работу в СУНЦ НГУ. Школьники из 14 регионов России в течение этой недели будут слушать лекции сибирских ученых и знакомиться с работой лабораторий научных институтов Академгородка.
    1016