, , , ,

"Численное моделирование различных режимов короткоимпульсной генерации в волоконных лазерах и нелинейно-оптических механизмов преобразования лазерного излучения". Сергей Валерьевич Смирнов, НГУ, 11.3.2023

nsu_hpcsmirnov_202303.pdf

Состав коллектива

  • Кобцев Сергей Михайлович, д.ф.-м.н., с.н.с., зав.ОЛФИТ НГУ;
  • Смирнов Сергей Валерьевич, к.ф.-м.н., в.н.с. ОЛФИТ НГУ;
  • Иваненко Алексей Владимирович, к.ф.-м.н., с.н.с. ОЛФИТ НГУ;
  • Нюшков Борис Николаевич, к.ф.-м.н., с.н.с. ОЛФИТ НГУ;
  • Кохановский Алексей Юрьевич, к.ф.-м.н., с.н.с. ОЛФИТ НГУ;
  • Подивилов Евгений Вадимович, д.ф.-м.н., проф. каф. теор.физики НГУ.

Аннотация

С использованием кластера ИВЦ НГУ выполнен цикл работ, посвящённых исследованию короткоимпульсной лазерной генерации и спектральному преобразованию лазерного излучения в оптических волокнах и микрорезонаторах. В частности, впервые исследованы возможности и ограничения метода синхронизации мод в иттербиевом лазере с квазисинхронной накачкой на основе оптического волокна с сохранением поляризации излучения. В результате проведённых исследований установлено, что отстройка частоты модуляции накачки является ключевым параметром для управления формированием импульса в таком лазере. Показана теоретическая возможность укорочения внутрирезонаторного импульса до суб-наносекундной длительности с помощью мер, предотвращающих накопление импульсами избыточного нелинейного набега фазы. Продемонстрированный подход открывает новые перспективы для синхронизации мод за счёт модуляции диодной накачки в волоконных лазерах с активной средой на основе ионов редкоземельных металлов. Также с помощью численного моделирования, выполненного на кластере НГУ, получено новое широкое семейство дуальных солитонных решений, соответствующих частотным гребёнкам (комбам) в первой и второй гармониках в микрорезонаторах с квадратичной нелинейностью. В работе получена зависимость ширины частотных гребёнок и свойств диссипативных солитонов от мощности накачки и параметров микрорезонатора, проанализированы наиболее перспективные пути реализации частотных гребёнок в эксперименте с резонаторами из ниобата лития.

Грантовая поддержка

  • проект РНФ № 17-12-01281 «Разработка физических основ короткоимпульсных волоконных источников излучения с резонаторами на основе новых топологий», рук. д. ф.-м. н. С. М. Кобцев, продление на 2020-2021 гг
  • проект РФФИ № 19-42-540013 «Разработка высокоэнергетичных волоконных импульсных лазеров для биомедицины», рук. к.ф.-м.н. С. В. Смирнов, 2019-2021 гг
  • проект РФФИ № 20-02-00511 «Решения для частотных комбов в микрорезонаторах с квадратичной нелинейностью», рук. д. ф.-м. н. Е. В. Подивилов, 2020-2022 гг
  • проект РНФ № 17-72-30006 «Нелинейные технологии для оптических коммуникаций и лазерных приложений», рук. к.ф.-м.н. А. А. Редюк, продление на 2022-2023 гг
  • проект РНФ № 22-12-20010 «Фундаментальные основы формирования низкокогерентного короткоимпульсного лазерного излучения», рук. д. ф.-м. н. С.М.Кобцев, 2022-2024 гг

Иллюстрации

Полученная в численном моделировании эволюция импульсной генерации, обусловленная подстройкой частоты модуляции накачки вблизи фундаментальной частоты повторения f0;
(a) – набег нелинейной фазы в зависимости от относительной расстройки частоты модуляции δf / f0;
(b, c) – временные распределения мощности лазера при перестройке частоты модуляции в положительном и отрицательном направлениях.

Публикации

  • S. Smirnov, V. Andryushkov, E. Podivilov, B. Sturman, I. Breunig. Soliton based χ(2) combs in high-Q optical microresonators. Optics Express, v. 29, No. 17, 27434-27449 (2021). Импакт-фактор (WoS/JCR): 3.89.
  • B. Nyushkov, A. Ivanenko, S. Smirnov, S. Kobtsev. High-energy pulses from all-PM ultra-long Yb-fiber laser mode-locked with quasi-synchronous pumping. Optical Fiber Technology, v. 66, 102650 (2021). Импакт-фактор (WoS/JCR): 2.53.
  • A. Kokhanovskiy, E. Kuprikov, A. Bednyakova, I. Popkov, S. Smirnov, S. Turitsyn. Inverse design of mode-locked fiber laser by particle swarm optimization algorithm. Scientific Reports, v. 11, 13555 (2021). Импакт-фактор (WoS/JCR): 4.996.
  • B. Nyushkov, A. Ivanenko, S. Smirnov, S. Kobtsev, New approach to mode locking of high-energy-pulse fibre lasers. Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), paper JTu3A-141. (May 9-14, 2021)
  • B. Nyushkov, A. Ivanenko, S. Smirnov, S. Kobtsev. Arbitrary waveform generation by cavity dumping of hybrid fibre laser with two active media. European Conference on Lasers and Electro-Optics, paper cj_10_6. (June 21-25, 2021, Munich, Germany).
  • B. N. Nyushkov, A. V. Ivanenko, S. V. Smirnov. Control of the regimes and parameters of lasing in mode-locked fiber lasers: opportunities and prospects. Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing, 57(6), 569-583 (2021).
  • A. Ivanenko, B. Nyushkov, S. Smirnov, S. Kobtsev. New method for generation of a specific number of pulses per bunch in Yb-doped all-PM-fibre laser. European Conference on Lasers and Electro-Optics, paper cj_p_13. (June 2021).
  • A. Kokhanovskiy, S. Smirnov, S. Kobtsev. Analysis of the coherent properties of ultrashort pulses inside embedded cavities of mode-locked fiber laser and Raman oscillator. Proc. SPIE, v. 11905, 135-138 (2021).
  • A. V. Ivanenko, M. S. Mishevsky, G. E. Vishnyakov, B. N. Nyushkov, S. V. Smirnov and S. M. Kobtsev. Supercontinuum generation in cascaded Raman conversion, 2021 XV International Scientific-Technical Conference on Actual Problems Of Electronic Instrument Engineering (APEIE), Novosibirsk, 2021.
  • A. Ivanenko, M. Mishevsky, G. Vishnyakov, B. Nyushkov, S. Smirnov, S. Kobtsev. Properties of supercontinuum formed from different chaotic bunches. Proc. SPIE, v. 11985, 117-121 (2022).
  • D. V. Churkin, S. V. Smirnov. Quasi-CW and pulsed generation in coupled Raman fiber lasers with PT symmetry. Proc. SPIE, v. 12142, 162-165 (2022).
  • E. Podivilov, S. Smirnov, B. Sturman. Adiabatic growing, multistability, and control of soliton-comb states in χ(2) microresonators for pumping into second-harmonic modes. JETP Letters, v. 115 (9), 553-559 (2022). Импакт-фактор (WoS/JCR): 1.4.
  • B. Nyushkov, A. Ivanenko, S. Smirnov. Hybrid fiber laser integrating fast and slow active media for accurate synthesis of high-energy arbitrary optical waveforms by cavity dumping. Laser Physics Letters, v. 19 (7), 075104 (2022). Импакт-фактор (WoS/JCR): 1.70.
  • B. N. Nyushkov, A. V. Ivanenko, S. V. Smirnov, G. E. Vishnyakov, S. M. Kobtsev. Syncronous generation of nanosecond pulses at 1064 nm and 1240 nm in all-fiber laser. International Conference Laser Optics (ICLO, June 20-24, 2022, St. Petersburg, Russia).
  • S. Smirnov, E. Podivilov, B. Sturman. Effects of dispersion and pumping scheme on soliton-comb regimes in χ(2) microresonators. JOSA B, v. 40 (3), 516-522 (2023). Импакт-фактор (WoS/JCR): 0.587.
  • B. Nyushkov, A. Ivanenko, G. Vishnyakov, A. Kharauzov, S. Smirnov. Active compensation of differential group delay in a dual-wavelength pulsed fiber laser driven by quasi-synchronous pumping. Photonics, v. 10 (1), 42 (2023). Импакт-фактор (WoS/JCR): 2.65.