КОГЕРЕНТНОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКОВ В МАЛОРАЗМЕРНОЙ СИСТЕМЕ СЛАБОСВЯЗАННЫХ СВЕТОВОДОВ

Аннотация

Успешное развитие волоконно-оптических технологий в последние десятилетия стимулирует исследования по замещению компонент твердотельных лазерных систем на волоконные компоненты, что может кардинальным образом изменить привлекательность соответствующих прикладных разработок. Уступая по энергетическим характеристикам твердотельным системам, волоконные лазеры и нелинейно-оптические устройства обладают такими преимуществами, как высокая эффективность преобразования энергии накачки в энергию излучения, связанная с волноводной геометрией, высокое качество пространственного профиля лазерного пучка, а также низкая стоимость, компактность, отсутствие юстировок в процессе работы. Отметим, что максимально достижимая мощность излучения в одиночном световоде ограничена, в первую очередь, процессом самофокусировки, приводящим к повреждению волокна.
Использование многосердцевинного волокна, состоящего из одинаковых эквидистантно расположенных слабо связанных световодов, позволяет реализовать изначально когерентное распространение лазерного излучения с суммарной мощностью заметно выше, чем может передаваться в одиночном световоде. Однако, как показали теоретические и экспериментальные исследования, в рассматриваемой системе существует своя собственная критическая мощность (Balakin et. al., 2016), при которой происходит самофокусировка квазиоднородного распределения волнового поля и его расслоение на набор некогерентных структур.
Поэтому нами были рассмотрены малоразмерные оптические системы из 2N идентичных слабосвязанных световодов, расположенных по кольцу (Balakin et. al., 2018). В таких системах удается найти устойчивые распределения интенсивных волновых пучков, позволяющие когерентную транспортировку излучения на большие расстояния. Полная мощность излучения в найденных распределениях может многократно (до 2N раз) превышать критическую мощность самофокусировки в непрерывной среде. Наиболее явно это проявляется для распределения u_n ~ (-1)ⁿ с противофазными полями в соседних волноводах, устойчивого при произвольной мощности волнового пучка. Прямое численное моделирование нелинейного волнового уравнения подтверждает устойчивость найденных распределений полей.
Исследования выполнены при поддержке Программы фундаментальных исследований президиума РАН «Нелинейная динамика: фундаментальные проблемы и приложения».