Ученые объяснили нелинейный эффект пространственной самоорганизации лазера

Лазерные технологии, Новости науки и техники Комментарии к записи Ученые объяснили нелинейный эффект пространственной самоорганизации лазера отключены

Эффект, об открытии которого сообщалось в 2017 году, имеет большой потенциал применений в различных областях — от лазерной резки материалов до кратного увеличения пропускной способности линий связи

МОСКВА, 14 марта. /ТАСС/. Группа выпускников Новосибирского государственного университета (НГУ) и их коллега из Италии под руководством заведующего лабораторией нелинейной оптики волновых систем НГУ Стефана Вабница объяснили нелинейный эффект пространственной «самоочистки» лазерного пучка, об открытии которого сообщалось в 2017 году, говорится в сообщении пресс-службы Минобрнауки РФ в четверг. Статья ученых из группы Вабница опубликована в одном из самых престижных журналов в области физики — Physical Review Letters.

«Эффект наблюдается при распространении мощного оптического импульса в многомодовом световоде (световоде, по которому распространяются различные типы электромагнитных колебаний или мод — прим. ТАСС) 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», — говорится в сообщении.

Исходный пучок, сначала естественным образом распадаясь при распространении на сотни отдельных случайных интерференционных картинок — 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», — отметили в пресс-службе.

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 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 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», — говорится в сообщении пресс-службы.

Чтобы подтвердить эту гипотезу, ученым 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, 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, к нелинейному режиму самоочистки с доминированием основной моды. 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», — отметили в пресс-службе.

Источник: https://tass.ru/nauka/6216487

Рекомендуем для Вас


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.rf.mail@yandex.ru

Back to Top