Материалы портала «Научная Россия»

Исследователи НГУ объяснили нелинейный эффект пространственной самоорганизации лазерного пучка

Исследователи НГУ объяснили нелинейный эффект пространственной самоорганизации лазерного пучка
Открытый в 2017 году эффект имеет большой потенциал применений в различных областях: от лазерной резки материалов до кратного увеличения пропускной способности современных линий связи

Группа выпускников Новосибирского государственного университета (НГУ) и их коллега из Италии под руководством заведующего лабораторией нелинейной оптики волновых систем НГУ Стефана Вабница объяснили нелинейный эффект пространственной "самоочистки" лазерного пучка, об открытии которого сообщалось в 2017 году, говорится в сообщении пресс-службы Минобрнауки РФ . Статья ученых из группы Вабница опубликована в одном из самых престижных журналов в области физики - Physical Review Letters, сообщает ТАСС.

"Эффект наблюдается при распространении мощного оптического импульса в многомодовом световоде (световоде, по которому распространяются различные типы электромагнитных колебаний или мод) и имеет большой потенциал применений в различных областях: от лазерной резки материалов до кратного увеличения пропускной способности современных линий связи. Суть эффекта состоит в существенном увеличении качества излучения на выходе из световода при превышении определенного порога по пиковой мощности импульса", - говорится в сообщении.

Исходный пучок, сначала естественным образом распадаясь при распространении на сотни отдельных случайных интерференционных картинок - спеклов, внезапно собирается обратно. "Здесь можно провести аналогию с разрушенным морскими волнами замком из песка на пляже, который смог бы снова восстановиться. Однако такой процесс невозможно представить, ведь распад в природе обычно необратим. Тем не менее, эффект с обратной самоорганизацией лазерного пучка был подтвержден независимыми экспериментами нескольких групп в Европе, США и России, но до сих пор не получил полного экспериментального и теоретического объяснения", - отметили в пресс-службе.

Подсказка к объяснению явления пришла из области гидродинамики и уже устоявшейся аналогии между явлением турбулентности в жидких средах и "турбулентностью" в оптике, возникающей в процессе смешения различных мод. "Основная идея состоит в том, что в процессе нелинейного взаимодействия большого количества мод передача энергии между модами происходит в двух направлениях - прямом и обратном. Обратный каскад турбулентности направлен от средних мод к низшим <...>, и именно этот процесс увидели в первых экспериментах. Прямой же каскад направлен в более чем сотню высших мод, куда попадает крошечная часть энергии, которую уже не так просто зафиксировать экспериментально", - говорится в сообщении пресс-службы.

Чтобы подтвердить эту гипотезу, ученым потребовалось разработать аналитическую модель, в которой явление описывалось бы строго математически на примере заданного числа мод, а в произвольном случае - провести численный расчет при параметрах, наиболее близких к экспериментальным, и поставить эксперимент для проверки предсказываемых теоретической моделью зависимостей величины эффекта от параметров входного пучка.

"Проведенное в НГУ сравнение теории и эксперимента продемонстрировало их хорошее согласие и показало наличие некоего инварианта - эффективного числа мод, которое не меняется при изменении мощности, в том числе при переходе от пучка, распавшегося на спеклы, к нелинейному режиму самоочистки с доминированием основной моды. Если возвратиться к пляжной аналогии, можно сказать, что замок на песке, конечно, возникнет, но не полностью (только его центральная башня), и одновременно с этим вокруг него останутся руины, разбросанные на значительные расстояния. Такая модель уже не противоречит основным физическим законам", - отметили в пресс-службе.

 

Источник: tass.ru

нелинейный эффект пространственной "самоочистки" лазерного пучка спеклы

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.