Новая лазерная технология увеличивает мощность за счёт независимого управления световыми модами

Схема технического принципа управления разделением мод с помощью MUX/DEMUX. Автор: Доктор Ху Гуйцзюнь

Исследователи разработали инновационную технику, позволяющую значительно повысить мощность ультрабыстрых лазеров. Традиционные лазеры на основе одномодовых волокон сталкиваются с физическим ограничением энерговывода, поэтому учёные обратились к многомодовым волокнам, способным одновременно передавать множество световых мод (различных форм света) — технике, известной как пространственно-временная синхронизация мод (STML).

Основной проблемой была межмодовая дисперсия — разные световые моды распространяются с slightly разными скоростями, что приводит к расплыванию импульсов. Новая методика использует мультиплексор/демультиплексор мод (MUX/DEMUX) для разделения смешанного пучка на отдельные каналы для каждой моды. Это позволяет независимо управлять дисперсией для каждой моды, добавляя компенсирующие волокна точной длины.

После оптимизации моды повторно объединяются в единый мощный когерентный пучок. Эксперименты показали, что при одновременной синхронизации четырёх поперечных мод (LP01, LP11, LP21 и LP02) удалось достичь импульсов диссипативных солитонов с энергией 15 нДж при частоте повторения 14,49 МГц.

КПД лазера при работе с четырьмя модами достиг 7,9%, что более чем вдвое превышает показатель одномодового режима (3,79%)

Технология также продемонстрировала беспрецедентные возможности формирования пучка — был получен квазиплоский пучок с равномерным профилем интенсивности мощностью 150 мВт и энергией одиночного импульса 10,4 нДж. Лазер показал excellentную стабильность работы с минимальным дрейфом частоты после 12 часов непрерывной работы.

Это открытие прокладывает путь для нового поколения ультрабыстрых источников света с applications в прецизионном производстве, нелинейной микроскопии и аттосекундной науке.

Дополнительная информация: Wenqi Ma et al, High-power spatiotemporal mode-locked Yb-doped fiber laser based on transverse modes division control, Optics Letters (2025). DOI: 10.1364/OL.568362