Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Вабниц Стефан Италия, Германия
Номер договора
14.Y26.31.0017
Период реализации проекта
2017-2021

По данным на 01.11.2022

8
Количество специалистов
79
научных публикаций
7
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Свет при распространении в многомодовом оптическом волокне возбуждает множество мод, которые подвергаются сильному смешению и, как следствие, многомодовое волокно передает пространственно низкокачественный свет, пострадавший от искажений. Благодаря этому, интерес к многомодовому волокну пошел на спад и по этой причине работ, посвященных нелинейным свойствам в многомодовом волокне, относительно мало и большинство из них теоретические. Сотрудниками лаборатории развивается ряд новых технологий, основанных на управлении пространственно-временными характеристиками нелинейно-оптических процессов в многомодовых и многосердцевинных волоконных световодах, что является новой областью современной фотоники, которая находится на начальном этапе своего зарождения.

Название проекта: Пространственно-временная нелинейная оптика многомодовых и многоядерных волоконных систем

Цели и задачи
Направления исследований:

  • Теоретическое и экспериментальное исследование пространственно-временной и спектральной динамики ультракоротких импульсов при их распространении в многомодовых и многосердцевинных световодах и устройствах на их основе
  • Анализ пропускной способности при передаче информации по многомодовым и многосердцевинным световодам для систем оптической связи с пространственным уплотнением каналов
  • Исследование физических основ и возможностей применения оптических систем на основе многомодовых и многосердцевинных световодов, структурированных с помощью фемтосекундных импульсов, в том числе лазеров и сенсоров нового типа

Цель проекта: Организация в Новосибирском государственном университете лаборатории нелинейной пространственно-временной динамики многомодовых и многосердцевинных волоконных систем, работающей на мировом уровне и способной после окончания гранта обеспечить свое развитие за счет привлекаемых грантовых и хозяйственно-договорных работ из российских и международных источников


Практическое значение исследования

Научные результаты:

  1. Разработан экспериментальный метод поточечной записи решёток показателя преломления в многосердцевинных волокнах с помощью сфокусированного фемтосекундного лазерного излучения. В разработанном методе высокая точность локализации области модификации показателя преломления позволяет создавать ВБР в различных сердцевинах световода, что открывает широкие перспективы для создания многопараметрических сенсорных систем для мониторинга 3-х мерных деформаций объектов, а также для создания лазеров на основе многосердцевинного волокна с уникальными спектральными характеристиками.
  2. Для эффекта пространственной самоочистки лазерного пучка в многомодовых волокнах, заключающегося в улучшении качества выходного излучения при больших мощностях, построена аналитическая модель, объясняющая суть процесса. При превышении порога начинает развиваться неустойчивость, и в результате процесса четырёх-волнового смешения происходит обмен энергией между различными модами волокна. Важное следствие состоит в том, что энергия переходит не только в основную моду, как считалось ранее, но и в моды высшего порядка. Эти выводы подтверждены численным счётом. На практике это означает сохранение т.н. среднего числа мод, что также было проверено в эксперименте впервые. Данные исследования проливают свет на первопричины, приводящие к столь сложной пространственно-временной динамике лазерного излучения в многомодовых волокнах. Впоследствии этот эффект может найти применение и во многих практических областях, например при передаче мощных лазерных пучков с высоким качеством и построении амплитудных модуляторов, необходимых для генерации импульсов предельно-короткой длительности.
  3. Проведено исследование нелинейных когерентных структур в многомодовых и многосердцевинных волоконных световодах (ММС и МСС), возникающих в системах с избирательной по модам обратной связью (лазерах), реализуемой в т.ч. с использованием ВБР со специальной пространственной структурой и пространственного модулятора света. В частности, проведено детальное исследование эффекта керровской самочистки в градиентных ММС в зависимости от входных условий (пиковая мощность импульса, угол падения). Получены новые режимы самочистки и устойчивые многомодовые структуры соответственно, в том числе для импульсов с ненулевым угловым моментом. Построена общая теория так называемой термализации света в ММС, учитывающая сохранение углового момента. Это позволяет получить обобщенное распределение Рэлея-Джинса для относительного заполнения мод ММС, которое подтверждено результатами эксперимента.
  4. Для непрерывного ВКР-лазера с избирательной по модам обратной связью, реализуемой с использованием специальной ВБР, проведён количественный анализ модового состава излучения. Обнаружено, что общее число мод, возбуждаемых излучением накачки, составляет около 780, а в генерируемом стоксовом пучке их на два порядка меньше, причем 40% сосредоточено в фундаментальной моде. При этом характер распределения мод оказывается ближе к экспоненциальному закону, чем к распределению Рэлея-Джинса. Реализована также генерация в МСС с пространственно-спектральной селекцией излучения на основе массива ВБР.

Внедрение результатов исследования:

Выполнены 4 договора на НИОКР:

  • «Разработка метода и алгоритмов анализа модового состава излучения непрерывного многомодового ВКР-лазера на основе пространственного модулятора света», выполненое исследование модового состава излучения позволило раскрыть механизмы нелинейного взаимодействия мод в волоконных лазерах.
  • «Разработка технологии записи ВБР через защитную оболочку в волокне с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла и с оболочкой из фторсиликатного стекла», выполнена разработка технологии записи ВБР через защитную оболочку в волокне с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла и с оболочкой из фторсиликатного стекла, что позволит создавать чувствительные элементы для волоконно-оптических датчиков.
  • «Разработка технологии записи массивов ВБР в термостойком волокне», разработка технологии записи ВБР в термостойком волокне позволит создавать чувствительные элементы для волоконно-оптических датчиков с уникальными эксплуатационными характеристиками.
  • «Разработка высокоскоростных узлов для исследования динамики модового состава излучения непрерывного многомодового ВКР-лазера методом модовой декомпозиции», исследование динамики модового состава излучения позволит раскрыть причины возникновения модовой нестабильности в непрерывных волоконных лазерах — главный фактор, ограничивающий  максимально достижимую мощность излучения в настоящий момент.

Образование и переподготовка кадров:

  • Защиты: 4 кандидатские диссертации.
  • Разработана новая образовательная программа.
  • Проведены 6 стажировок.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

  • На базе лаборатории работает совместный с Институтом автоматики и электрометрии СО РАН (Россия) научно-образовательный центр в области автоматики и волоконной оптики, а также выполняются совместные работы ООО «Фемтотех» (Россия) по хозяйственному договору.

Сотрудничество:

  • Сапиенца — Римский университет (Рим, Италия): совместные исследования, стажировки.

  • Институт автоматики и электрометрии СО РАН: совместные исследования, совместные научные мероприятия (Международная школа молодых ученых «Нелинейная фотоника»).

  • Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова РАН (НЦВО): разработка и исследование специальных многосердцевинных и многомодовых волокон.

  • Технологический институт Карлсруэ (KIT, Карлсруэ, Германия): стажировки, совместные заявки на гранты.

  • Университет Бургундии (Дижон, Франция): совместные заявки на гранты.

Скрыть Показать полностью
Krupa K., Tonello A., Shalaby B.M., Fabert M., Barthélémy A., Millot G., Wabnitz S., Couderc V.
Spatial beam self-cleaning in multimode fiber. Nat. Photon. Vol. 11: 237–241 (2017).
Perego, A. M., Smirnov, S. V., Staliunas, K., Churkin, D. V., Wabnitz, S.
Self-Induced Faraday Instability Laser. Phys. Rev. Lett., 2018, 120, 213902
E. V. Podivilov, D. S. Kharenko, V. A. Gonta, K. Krupa, O. S. Sidelnikov, S. Turitsyn, M. P. Fedoruk, S. A. Babin, and S. Wabnitz
Hydrodynamic 2D turbulence and spatial beam condensation in multimode optical fibers, Phys. Rev. Lett, 2019. 122, 103902.
D. Paloschi, K. A. Bronnikov, S. Korganbayev, A. Wolf, A. Dostovalov, P. Saccomandi
3D shape sensing with multicore optical fibers: transformation matrices vs Frenet-Serret equations for real-time application. IEEE J. Sensors J., 2020, 21 (4), 4599 - 4609
S. A. Babin, A. G. Kuznetsov, O. S. Sidelnikov, A. A. Wolf, I. N. Nemov, S. I. Kablukov, E. V. Podivilov, M. P. Fedoruk, S. Wabnitz
Spatio spectral beam control in multimode diode pumped Raman fibre lasers via intracavity filtering and Kerr cleaning. Sci. Rep. 2021, 11, 21994
A. Wolf, A. Dostovalov, K. Bronnikov, M. Skvortsov, S. Wabnitz, and S. Babin
Advances in femtosecond direct writing of fiber Bragg gratings in multicore fibers: technology, sensor and laser applications. Opto-Electronic Advances, 2022, 5 (4), 210055
O. S. Sidelnikov, E. V. Podivilov, M. P. Fedoruk, A. G. Kuznetsov, S. Wabnitz, and S. A. Babin
Mechanism of brightness enhancement in multimode LD-pumped graded-index fiber Raman lasers: numerical modeling. Optics Express, 2022, 30 (5), 8212-8221
D.S.Kharenko. M.D. Gervaziev, A. G. Kuznetsov, E. V. Podivilov, S. Wabnitz, and S. A. Babin
Mode-resolved analysis of pump and Stokes beams in LD-pumped GRIN fiber Raman lasers. Optics Letters 2022, 47 (5), 1222-1225
F. Mangini, M. Gervaziev, M. Ferraro, D.S.Kharenko, M. Zitelli, Y.Sun, V. Couderc, E. V. Podivilov, S. A. Babin, and S. Wabnitz
Statistical mechanics of beam self-cleaning in GRIN multimode optical fibers. Opt. Exp. 2022, 30 (7), 10850-10865
E.V. Podivilov, F. Mangini, O. S. Sidelnikov, M. Ferraro, M. Gervaziev, D. S. Kharenko, M. Zitelli, M. P. Fedoruk, S. A. Babin, and S. Wabnitz
Thermalization of orbital angular momentum beams in multimode optical fibers. Phys Rev. Lett. 2022, 128, 243901
Фотоальбомы
Вторник , 03.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория кристаллофотоники

Санкт-Петербургский государственный университет - (СПбГУ)

Физика

Санкт-Петербург

Стомпос Константинос

Греция

2022-2024

Лаборатория детекторов синхротронного излучения

Томский государственный университет (НИУ) - (ТГУ)

Физика

Томск

Шехтман Лев Исаевич

Россия

2022-2024

Лаборатория «Квантовая инженерия света»

Южно-Уральский государственный университет (НИУ) - (ЮУрГУ (НИУ))

Физика

Челябинск

Кулик Сергей Павлович

Россия

2022-2024