Lasery z ultradługimi wnękami wyzwaniem dla tradycyjnej wiedzy o technologii laserowej
Po części dzięki postępom w materiałoznawstwie, technologii i fizyce, dzisiejsze lasery stały się wszechobecnymi urządzeniami wykorzystywanymi w szerokiej gamie sektorów – między innymi w naukach podstawowych, produkcji, inżynierii, telekomunikacji i medycynie. Podążając tą ścieżką postępów w technologii laserowej, partnerzy projektu ULTRALASER koncentrują się na opracowywaniu laserów z ultradługimi wnękami, czy też laserach z wnękami utworzonymi przez długi (liczony w setkach kilometrów) światłowód przekształcony w ośrodek wzmacniający za pomocą efektu Ramana. Lasery z ultradługimi wnękami kwestionują tradycyjne postrzeganie laserów jako li tylko źródeł światła spójnego. Według naukowców z projektu ULTRALASER, kiedy zastosuje się ultradługą wnękę w światłowodzie, laser może pełnić funkcję nie tylko źródła światła spójnego, ale także ośrodka transmisji. „Tak ultradługi rezonator, którego długość może wynieść kilkaset kilometrów, jest nie tylko ekscytującym, nowym układem fizycznym, ale może także całkowicie odmienić postrzeganie transmisji informacji i bezpieczeństwa komunikacji” – stwierdził kierownik projektu Sergei Turitsyn. Jego zdaniem, tego typu lasery z wydłużonymi rezonatorami wraz ze ściśle powiązanymi z nimi systemami laserów włóknowych z rozkładem losowym o sprzężeniu zwrotnym, w układzie stałych rozproszonych, znajdą prawdopodobnie zastosowanie w takich dziedzinach, jak telekomunikacja, spektroskopia, globalne systemy pozycjonowania, przetwarzanie materiałów i obrazowanie biomedyczne. Nowa prorozwojowa technologia W ramach ULTRALASER powstała nowa architektura złożona z laserów z rozkładem losowym o sprzężeniu zwrotnym, w układzie stałych rozproszonych, zdolna do wykorzystania wielokrotnego rozpraszania Rayleigha (rozpraszanie światła na niejednorodnościach światłowodu). Ten proces w połączeniu ze wzmocnieniem ramanowskim posłużył do uzyskania sprzężenia zwrotnego i laserowania w długim włóknie. „Jesteśmy przekonani, że technika wzmacniania oparta na laserach włóknowych z ultradługimi wnękami może stać się nową technologią prorozwojową w zakresie transmisji o bardzo długich zakresach wzmacniania” – zauważa Turitsyn. „Jeszcze bardziej ekscytującym jest fakt, że ten ‘quasi-bezstratny’ ośrodek włóknowy znajdzie prawdopodobnie interesujące zastosowania w całkowicie optycznym i nieliniowym przetwarzaniu danych”. Zdaniem Turitsyna, ten postęp zaowocuje metodami projektowania urządzeń fotonicznych na bazie matematycznej teorii całkowalnych układów nieliniowych z funkcjami, które nie są osiągalne w liniowych urządzeniach optycznych. „Badania mają bezpośrednie znaczenie dla rosnącej wydajności systemów komunikacji optycznej” – stwierdził. Ponadto partnerzy projektu przeanalizowali nowe architektury laserów z zsynchronizowanymi modami, między innymi wnęki bez izolatorów i rozmaite wzmocnione włókna wspomagające generowanie w zakresie długości fali 1-2 mikrony. Naukowcy pracujący nad projektem odkryli także nowy mechanizm samorzutnego powstawania wzorca w laserach włóknowych, co jest następstwem periodycznej modulacji zygzakowej strat dla różnych komponentów widmowych. Według Turitsyna, to odkrycie ma istotne znaczenie dla powstania nowej generacji wydajnych, impulsowych laserów włóknowych, które mogą być wykorzystywane na różne sposoby. „Nasze badania doprowadziły do opracowania nowych technik mierzenia i przetwarzania sygnałów w celu scharakteryzowania częściowo zsynchronizowanej modowo i stochastycznej generacji oraz do odkrycia złożonej dynamiki wewnątrzwnękowej promieniowania ze zlokalizowanymi strukturami” – skonstatował. „Projekt posunął naprzód naukę i technologię laserów z wydłużoną wnęką”. Posuwanie naprzód fizyki i otwieranie nowych możliwości Bez wątpienia projekt ULTRALASER wniósł istotny wkład w poznanie fizyki laserów włóknowych z ultradługimi wnękami oraz fizyki nieliniowej, która leży u podstaw tradycyjnych laserów włóknowych. „Opracowaliśmy nowe technologie inżynieryjne i przestudiowaliśmy pojawiające się zastosowania badawcze i technologiczne” – wyjaśnia Turitsyn. „W sumie projekt posunął naprzód fizykę leżącą u podstaw działania laserów włóknowych oraz wskazał nowe możliwości i kierunki ultraszybkiej komunikacji światłowodowej, bezpiecznej komunikacji a także fizyki laserów – prócz innych powiązanych dziedzin nauki i technologii”. Ale na tym prace się nie kończą. W świetle przełomowych osiągnięć, jakich dokonał na początku, Turitsyn otrzymał grant na dalsze prace nad wykazaniem zasady działania w celu komercjalizacji i transferu wiedzy na temat kluczowej technologii i architektury opracowanej w ramach projektu. Wypatrujmy zatem w niedalekiej przyszłości demonstracji komercyjnego prototypu o zaawansowanych parametrach. Więcej informacji: strona projektu w serwisie CORDIS
Kraje
Zjednoczone Królestwo
