Dyssypatywne solitony do laserów światłowodowych z synchronizacją modów
Wysokoenergetyczne ultrakrótkie impulsy laserowe o różnych długościach fal odgrywają kluczową rolę w szerokiej gamie zastosowań naukowych i przemysłowych. Lasery światłowodowe odznaczają się małymi rozmiarami i dużą wytrzymałością — uważa się je za obiecujące rozwiązania do wytwarzania ultrakrótkich impulsów laserowych. Jednak dotychczas lasery światłowodowe nie dorównywały laserom półprzewodnikowym pod względem mocy i czasu trwania impulsu. W celu poprawy wydajności laserów światłowodowych proponowano różne mechanizmy synchronizacji modów, w tym dyspersyjnie kontrolowane solitony, similaritony i dyssypatywne solitony. Finansowany ze środków UE zespół naukowców badał wykorzystanie synchronizacji modów przez dyssypatywne solitony. W ramach projektu DISCANT (High-energy dissipative soliton dispersion-managed fibre laser based on carbon nanotubes) poszukiwano sposobów wykorzystania tego mechanizmu w celu zapewnienia odpowiedniej równowagi pomiędzy nieliniowością i dyspersją oraz wzmocnieniem i stratami. Po przeprowadzeniu analizy numerycznej wewnątrzjamowej dynamiki impulsów badacze zaproponowali zastosowanie jednościennych nanorurek węglowych (SWNT). Połączenie SWNT o różnych średnicach i chiralności może umożliwić opracowanie laserów światłowodowych z synchronizacją modów, które można dostrajać w szerokim zakresie długości fal. SWNT wykazują optyczną nieliniowość, krótki czas relaksacji nośników oraz wysoką wytrzymałość na uszkodzenia. Znaczną optyczną adsorpcję nasyconą można zaobserwować nawet w przypadku odstrojenia fali na poziomie kilkuset nanometrów. Cechy te oznaczają wielki potencjał laserów, które można dostrajać w szerokim zakresie pasm. Badacze zwrócili szczególną uwagę na dyssypatywne solitony we wszystkich laserach światłowodowych z domieszką włókien iterbu i funkcją synchronizacją modów opartą na SWNT. Przy optymalnej dyspersji jamowej oscylator może generować impulsy o długości 8,4 pikosekundy. Poprzez dalszą kompresję poza jamą uzyskano impulsy o najkrótszym czasie trwania wynoszącym 118 femtosekund. Działanie w ramach doświadczeń potwierdziło początkowe założenia. Wyniki projektu DISCANT nie tylko pozwoliły na zwiększenie wiedzy na temat laserów światłowodowych z synchronizacją modów, ale także stanowiły ważny krok w uzyskaniu wysokoenergetycznych ultrakrótkich impulsów laserowych, które będą użyteczne w wielu różnych zastosowaniach.
Słowa kluczowe
Dyssypatywne solitony, synchronizacja modów, lasery światłowodowe, nanorurki węglowe, ultrakrótkie impulsy laserowe, DISCANT
