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.

Источники

Ученые объяснили нелинейный эффект пространственной самоорганизации лазера
Day.az, 14/03/2019
Ученые объяснили нелинейный эффект пространственной самоорганизации лазера
ТАСС, 14/03/2019
Ученые объяснили нелинейный эффект пространственной самоорганизации лазера
Новости@Rambler.ru, 14/03/2019
Ученые объяснили нелинейный эффект пространственной самоорганизации лазера
Nagg.in.ua, 14/03/2019
Ученые объяснили нелинейный эффект пространственной самоорганизации лазера
Национальная ассоциация нефтегазового сервиса (nangs.org), 14/03/2019
Группа выпускников-ученых НГУ объяснили нелинейный эффект пространственной самоорганизации лазера
Новосибирский государственный университет (nsu.ru), 15/03/2019
Ученые объяснили нелинейный эффект пространственной самоорганизации лазера
Институт автоматики и электрометрии (iae.nsk.su), 19/03/2019
Исследователи НГУ объяснили нелинейный эффект пространственной самоорганизации лазерного пучка
Научная Россия (scientificrussia.ru), 27/03/2019
Ученые объяснили нелинейный эффект пространственной самоорганизации лазера
Nanonewsnet.ru, 30/03/2019

Похожие новости

  • 23/08/2016

    В Новосибирске проходит симпозиум по лазерной физике

    Около 160 участников из 13 стран, включая 42 ведущих зарубежных ученых, начали работу в рамках седьмого международного  симпозиума «Современные проблемы лазерной физики» (MPLP'2016) в новосибирском Академгородке.
    2123
  • 06/09/2016

    В Новосибирске проходит VII Российский семинар по волоконным лазерам

    В новосибирском Академгородке 5 сентября начался VII Российский семинар с международным участием по волоконным лазерам. Семинар является научным форумом, имеющим целью представление последних достижений и обмен мнениями между русскоязычными учёными, работающими в области волоконных лазеров в ведущих зарубежных и российских исследовательских, технологических и образовательных центрах.
    2178
  • 29/03/2018

    Флагманские проекты ИАиЭ СО РАН обсудили на научно-технической сессии

    ​13-14 марта 2018 года в ИАиЭ СО РАН состоялась научно-техническая сессия "Флагманские проекты Института автоматики и электрометрии СО РАН в 2018 г. - состояние и перспективы". На сессии присутствовали представители администрации Новосибирска и области, Сибирского отделения РАН, институтов СО РАН, Новосибирского государственного университета, предприятий и организаций, сотрудничающих с ИАиЭ.
    1262
  • 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.
    2140
  • 22/07/2016

    Новосибирские и московские физики получили случайную генерацию в висмутовых волоконных световодах

    В журнале Scientific Reports группы Nature опубликована статья российских физиков. В ней впервые продемонстрирован случайный волоконный лазер на основе висмутового активного световода, имеющий уникальные выходные характеристики.
    1637
  • 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.
    2584
  • 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.
    1419
  • 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.
    1170
  • 09/10/2018

    Что и как будут лечить в кластере ядерной медицины в Новосибирске

    ​В Советском районе Новосибирска до 2025 года должен появиться радиологический кластер — три центра для диагностики и лечения рака. Соглашение об этом 27 августа на выставке «Технопром-2018» подписали ректор Новосибирского госуниверситета Михаил Федорук, врио губернатора Андрей Травников и замгендиректора холдинга «Швабе» Сергей Попов.
    1022
  • 02/07/2015

    Достижения в области авиационного двигателестроения впервые обсудили в Академгородке

    С 23 по 25 июня в новосибирском Академгородке прошла первая научно-практическая конференция по авиационному двигателестроению "Аэродинамика, термодинамика, горение в газотурбинных и прямоточных воздушно-реактивных двигателях".
    1464