Ранее ученым было известно, что длину оптоволоконного лазера можно увеличивать (оптоволокно позволяет свету распространяться с минимальными потерями в спектральной области 1,5 микрон), но конкретный предел не был открыт.
Как известно, лазер представляет собой усиливающую среду, размещенную между двумя зеркалами. Используя для усиления света эффект Рамана (эффект вынужденного комбинационного рассеяния света) и решетки Брэгга в качестве зеркал, отражающих свет на концах оптоволокна, команда проекта установила, что стоячая волна между зеркалами образуется на расстояниях вплоть до 270 км. При этом спектр генерации лазера имеет характерную модовую структуру. При увеличении длины более 300 км стоячая волна не формируется, так как свет практически не доходит до конечного зеркала из-за рэлеевского рассеяния на неоднородностях. Второй принципиальный эффект, который ограничивает длину оптоволоконного лазера, — нелинейное взаимодействие мод, в результате которого возникают сбои фазы, носящие турбулентный характер. Тем не менее, генерация света оказалась возможной и для 300 км, но в «безмодовом» режиме.
Открытый учеными «предел» величины оптоволоконного лазера означает, что на этом интервале длин реализуется классический тип излучения, на последующих километрах возникает другой режим генерации, которому посвящена новая работа российско-английской команды, сейчас ожидающая публикации.
Применять сверхдлинные оптоволоконные лазеры рассчитывают для передачи информации на значительные расстояния без оптических усилителей. Для сравнения: в классических линиях потери из-за рэлеевского рассеяния на 100 километров составляют около 99%. Лазер можно задействовать в кодировании информации, а также использовать для повышения чувствительности и дальнодействия сенсорных систем, основанных на оптической рефлектометрии.
«Этот лазер — еще и интересный объект для исследования эффектов слабой волновой турбулентности, изучение которой раньше было возможно только в гидродинамических системах и плазме», — комментирует руководитель российской группы, заместитель директора по научной работе ИАиЭ СО РАН, заведующий лабораторией волоконной оптики, доктор физико-математических наук Сергей Бабин. В проекте также участвовали кандидат физико-математических наук Сергей Каблуков, кандидат физико-математических наук Дмитрий Владимирович Чуркин, доктор физико-математических наук Евгений Подивилов. Английскую группу проекта возглавляет профессор Сергей Турицын, бывший сотрудник ИАиЭ СО РАН.
Исследованиями в области волоконной оптики в ИАиЭ СО РАН занимаются с 2002 года. На счету Института уже есть масштабные научные результаты: здесь впервые в мире были получены наибольшие диапазоны перестройки длины волны лазерной генерации в полностью волоконных системах (50 нанометров и более в разных спектральных областях), достигнуто эффективное удвоение частоты волоконных лазеров с генерацией в сине-зеленом и желто-красном диапазонах с перспективой применений в биомедицине, реализованы стабилизированные одночастотные волоконные лазеры для метрологии и сенсорные системы для энергетики.
