Ученые из Института автоматики и электрометрии СО РАН (Новосибирск) совместно с коллегами из Научного центра волоконной оптики (Москва) впервые в мире синтезировали волоконный лазер на основе висмутового световода.

Лазерный луч, имеющий уникальные физические характеристики, может в будущем найти применение в устройствах визуализации, например, в лазерных дисплеях. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports, а их популярное изложение представляет портал Наука в Сибири.

Narrowband random lasing in a Bismuth-doped active fiber

• Ivan A. Lobach, Sergey I. Kablukov, Mikhail I. Skvortsov, Evgeniy V. Podivilov, Mikhail A. Melkumov,Sergey A. Babin & Evgeny M. Dianov

Abstract
Random fiber lasers operating via the Rayleigh scattering (RS) feedback attract now a great deal of attention as they generate a high-quality unidirectional laser beam with the efficiency and performance comparable and even exceeding those of fiber lasers with conventional cavities. Similar to other random lasers, both amplification and random scattering are distributed here along the laser medium being usually represented by a kilometers-long passive fiber with Raman gain. However, it is hardly possible to utilize normal gain in conventional active fibers as they are usually short and RS is negligible. Here we report on the first demonstration of the RS-based random lasing in an active fiber. This became possible due to the implementation of a new Bi-doped fiber with an increased amplification length and RS coefficient. The realized Bi-fiber random laser generates in a specific spectral region (1.42 μm) exhibiting unique features, in particular, a much narrower linewidth than that in conventional cavity of the same length, in agreement with the developed theory. Lasers of this type have a great potential for applications as Bi-doped fibers with different host compositions enable laser operation in an extremely broad range of wavelengths, 1.15–1.78 μm.

Еще в 2010 году новосибирские физики установили возможность случайной генерации, обусловленной явлением рэлеевского рассеяния в волоконных светодиодах. Сейчас активно разрабатываются возможности расширения этой технологии для передачи сигналов связи на дальние расстояния. В частности, перед исследователями стоит задача сделать лазер миниатюрнее.

Рисунок 1: Схема Bi-легированного волоконного лазера

Ведущий автор проекта Иван Лобач и его коллеги решили использовать для этого не пассивные, а активные световоды — наподобие тем, что используются в обычных волоконных сетях. Проблема состояла в том, что в них не удавалось получить случайную генерацию из-за слабости рэлеевского рассеяния.

Чтобы преодолеть это препятствие российские ученые разработали светодиоды, легированные висмутом, который обладает большим диапазоном усиления и генерации излучения. «По сравнению с обычными легирующими добавками, повышение концентрации висмута ведёт к увеличению коэффициента рэлеевского рассеяния, оптимальная длина при этом также увеличивается. Это становится решающим преимуществом в схеме случайной генерации на рэлеевском рассеянии», — комментируют свою работу исследователи.

Получившийся в результате лазер не только демонстрирует уникальные характеристики по коэффициент полезного действия и когерентности генерируемого излучения. Кроме того он компактен и имеет сравнительно простую схему построения.

Физические свойства дают возможность трансформировать его без труда в диапазон видимого света, а также ультрафиолетового излучения, что позволяет потенциально использовать во многих областях техники, например, в медицине или производстве новейших лазерных мониторов.

Источник: https://scientificrussia.ru/articles/rossijskie-fiziki-poluchili-unikalnyj-lazer