Зроблено огляд результатів теоретичних та експериментальних досліджень, а також останніх розробок в царині волоконних лазерів (ВЛ) неперервної дії, що побудовано на основі вимушеного комбінаційного розсіяння (ВКР) у одномодових волокнах (ОМВ). ВКР-лазери, зокрема неперервні генератори середньої потужності, є новим класом джерел лазерного випромінювання, а їх створення визнано одним із найбільш яскравих досягнень лазерної фізики останнього часу. Розглянуто обидва підходи теоретичного описання ВКР-підсилення в ОМВ, що характеризують сучасний рівень розвитку теорії і доповнюють один одного, - квантовий та напівкласичний. На базі цієї теорії описано методи кількісного аналізу коефіцієнта ВКР-підсилювання та порога лазерної генерації в оптичних волокнах (ОВ). Аналіз даних експериментальних досліджень ВКР-генерації та підсилювання світла в ОМВ дає достатньо повну інформацію про основні експериментальні методики спостереження, фізичні закономірності ВКР та особливості їх прояву в ОВ. Технологічний прогрес, що грунтується на останніх досягненнях волоконної оптики (високоефективній ВКР-генерації у волокні, створенні ВЛ із подвійною оболонкою та технології волоконних брегівських граток) є основою монолітної інтеграції ВКР-лазерів в ОМВ. Наведені результати останніх розробок волоконних ВКР-лазерів дозволяють скласти уявлення про схеми та методи побудови сучасних волоконних ВКР-лазерів неперервної дії та основні параметри, що досягаються у ході реалізації практичних пристроїв.

Окреслено головні напрямки розвитку ВКР-лазерів на найближчі роки. Викладений фактичний матеріал охоплює практично весь період розвитку волоконно-оптичних КР-лазерів - від фундаментальних досліджень щойно розроблених ОМВ на початку 1970-х років, і до сучасних розробок, описаних в літературі останнього часу.

Зазначено, що для використання в складі акустооптичних процесорів лазерні випромінювачі повинні задовольняти специфічним вимогам. Наведено оригінальні результати комплексних експериментальних досліджень напівпровідникових лазерних діодів, що містять спектральні дослідження в широкому діапазоні температур, вимірювання електрофізичних параметрів, а також просторового розподілу поля випромінювання. Встановлені кореляції виміряних характеристик дозволяють виробити практичні рекомендації з вибору лазерних джерел для розробки акустооптичних процесорів, що оброблюють НВЧ радіосигнали.

Зазначено, що вимушене комбінаційне розсіяння (ВКР) світла є основою роботи таких пристроїв фотоніки, як волоконно-оптичні лазери та волоконно-оптичні підсилювачі. На відміну від феноменологічного визначення порога ВКР у ранніх експериментах проаналізовано поріг ВКР супервипромінювання в одномодових волокнах із точки зору строгого описання підсилювання в активних лазерних матеріалах. Показано, що порогову умову ВКР для монохромної оптичної хвилі сигналу можна одержати безпосередньо зі стандартних рівнянь для зв'язаних хвиль із використанням тільки фундаментальних параметрів волокна. Наведено кількісні залежності лазерного порога від довжини хвилі у деяких широко застосовуваних волокнах.

Розглянуто фізичні особливості спектрів комбінаційного розсіяння, що впливають на формування нелінійної сприятливості у нецентросиметричному кристалі ніобіту літію у порівнянні з аморфною сполукою кварцового скла, яке є основою сучасних оптичних волокон.

Наведено результати досліджень трьох кристалів без центру інверсії, в яких утворюються області з від'ємними значеннями діелектричної проникності (ДП). Викладено методику обчислень дисперсійної залежності тензора ДП за даними КР вимірювань. Методику апробовано шляхом зіставлення обчислених спектрів ІЧ відбиття з даними прямих вимірювань. Показано, що кожний з досліджених кристалів має кілька областей з від'ємним значенням ДП, що робить їх кандидатами до використання для синтезу метаматеріалів для терагерцового діапазону частот.

Індекс рубрикатора НБУВ: З861.1

Рубрики:

Волоконна оптика

Шифр НБУВ: Ж28079/фіз.-мат. Пошук видання у каталогах НБУВ 

Запропоновано спектроскопічну модель аналізу спектра підсилення у разі комбінаційного розсіяння (КР) і представлено методику розрахунку волоконно-оптичних КР підсилювачів із робочою смугою понад 12 ТГц. Модель застосовано до аналізу волоконного КР підсилювача, що містить кілька довжин хвиль і дозволяє одержати широку смугу понад 80 нм і нерівномірність підсилення не більше ніж 0,5 дБ.

Експериментально доведено факт перевищення підсилення сигналу над підсиленням шуму як результат нелінійної конкуренції між когерентним стоксовим сигналом і стохастичним оптичним шумом у розподіленому оптичному підсилювачі на базі вимушеного комбінаційного розсіяння. Одержано аналітичні залежності. Визначено порогові потужності помпування для зародження підсилення та лазерної генерації на базі вимушеного комбінаційного розсіяння світла в аморфних волокнах на основі кварцового скла. Встановлено фундаментальні межі існування та частотний діапазон. Запропоновано й експериментально реалізовано методи лазерної діагностики параметрів поверхневих акустичних хвиль для різних режимів електродинамічного навантаження акустоелектричних перетворювачів. Проведено експериментально апробацію лазерного фотолюмінісцентного комплексу для картографування поверхні багатошарових напівпровідникових структур за умов напівсерійного виробництва пристроїв оптоелектроніки й інтегральної оптики.

Розглянуто фізичні закономірності розповсюдження лазерного випромінювання по оптоволокну, розкрито особливості функціонування волоконних підсилювачів і лазерів. Обгрунтовано технічні можливості використання нелінійних ефектів у волокнах. Наведено відомості про моди оптичних волокон, нелінійне розповсюдження імпульсів із урахуванням дисперсії групової швидкості, нелінійних ефектів і дисперсії вищих порядків. Описано ефекти самомодуляції фази оптичної хвилі, самоскручування та руйнування оптичних хвиль. Розглянуто волоконні солітони, компресію оптичних імпульсів, волоконні бреггівські гратки, нелінійний зв'язок хвиль у результаті взаємної фазової модуляції, поляризаційну та модуляційну нестабільність і часові зміни форми сигналу. Вміщено матеріали про вимушене комбінаційне розсіювання та розсіювання Мандельштама - Бриллюена, волоконні генератори на їх основі, чотирихвильові параметричні процеси у багато- й одномодових волокнах. Описано будову та принципи функціонування волоконних підсилювачів і лазерів.

Рассмотрены физические закономерности распространения лазерного излучения по оптоволокну, раскрыты особенности функционирования волоконных усилителей и лазеров. Обоснованы технические возможности использования нелинейных эффектов в волокнах. Даны сведения о модах оптических волокон, нелинейное распростаренении импульсов с учетом дисперсии групповой скорости, нелинейных эффектах и дисперсии высших порядков. Описаны эффекты самомодуляции фазы оптической волны, самоскручивания и разрушения оптических волн. Рассмотрены волоконные солитоны, компрессия оптических импульсов, волоконные брегговские решетки, нелинейная связь волн в результате взаимной фазовой модуляции, поляризационная и модуляционная нестабильность и временные изменения формы сигнала. Изложены материалы о вынужденном комбинационном рассеивании и рассеивании Мандельштама - Брилюена, волоконных генераторах на их основе, четыреволновых параметрических процессах во много- и одномодовых волокнах. Описаны строение и принципы функционирования волоконных усилителей и лазеров.

Зазначено, що успіхи фундаментальних досліджень вимушеного комбінаційного розсіяння (ВКР) світла в одномодових волокнах призвели не тільки до появи нового напряму лазерної фізики та залучення фотон-фононної взаємодії до підсилення оптичного випромінювання, але й поставили кілька проблем, що не вирішуються традиційними методами теорії електронного підсилення, тобто без урахування оптичної нелінійності процесу ВКР. Систематизований огляд теоретичних та експериментальних досягнень в області ВКР підсилення оптичного випромінювання надано з позицій теорії нелінійних оптичних процесів і з урахуванням досвіду фундаментальних досліджень в області комбінаційного розсіяння спектроскопії (КРС). Стислим вступним нарисом 80-літньої історії досліджень і розвитку методології КРС окреслено головні етапи створення ВКР підсилювачів (ВКРП). Розглянуто експериментальні передумови, загальну класифікацію та роль оптичних підсилювачів в освоюванні вікон прозорості кварцових волокон, а також головні проблеми використання ВКРП. Широкодоступне виведення головних співвідношень як напівкласичного, так і квантового підходів до ВКР у волокнах замінено більш поглибленим фізичним аналізом початкових наближень та їх наслідків, порівнянням механізмів утворення та властивостей фотон-фононної нелінійності нижчих порядків і порогових умов підсилення. Розглянуто методи забезпечення вимог нелінійної оптики до лазерних джерел випромінювання у блоках помпування ВКРП із застосуванням напівпровідникових лазерних діодів і волоконних лазерів, способи придушення шуму від флуктуацій інтенсивності, часткової когерентності та багатохвильове накачування підсилювачів.

Спектроскопічні методи моделювання ВКР підсилення розглянуто не тільки як доповнення до прямих обчислень на базі зв'язаних рівнянь, але як самостійні методи кількісної оцінки важливих параметрів оптичного підсилення. Викладено спрощений метод актуальної смуги та багатомодову декомпозицію спектра, яка дає практично точну апроксимацію профілю ВКР підсилення для низки поширених волокон. Наведено методику кількісного визначення умов повної прозорості волокна та смуги підсилення. Надано оцінку перспектив розвитку ВКРП.

Індекс рубрикатора НБУВ: З861

Рубрики:

Оптоелектроніка

Шифр НБУВ: Ж28079/фіз.-мат. Пошук видання у каталогах НБУВ 

Наведено результати досліджень фізичних умов, за яких існують області від'ємних значень діелектричної проникності (ДП) в реальному кристалічному середовищі з загасанням полярних коливань. Показано, що саме ефекти демпфування полярних коливань в кристалі мають вирішальний вплив як на мінімально досяжне значення ДП, так і на звуження (до повного зникнення) спектральної області існування від'ємної ДП відносно T-L розщеплення частот фононів. В межах одноосциляторної моделі кристалу отриманий простий кількісний критерій існування смуги частот з від'ємною ДП у двох представленнях - на основі співвідношення сталої загасання до: матеріальних параметрів кристалу та фононного T-L розщеплення частот. Апробація методики на 7 коливаннях у трьох кристалічних модифікацій нітриду бору, вказує на застосовність запропонованого критерію до дисперсійного аналізу кристалів з досить складним спектром полярних фононів.

Розглянуто методи оптоелектронного формування сигналів міліметрового і терагерцового діапазонів для різних способів модуляції несучої частоти. Проаналізовано фактори, що обмежують генерацію хвиль у міліметровому та теграгерцовому діапазонах, які пов'язані з граничною частотою модуляторів та обмеженнями за швидкодією фотоприймачів. Виходячи з варіантів використання міліметрових (терагерцових) хвиль, як у відкритих системах, так і волоконно-оптичних лініях запропоновано підходи до вибору способу модуляції сигналів та ущільнення каналів.

Індекс рубрикатора НБУВ: В374

Рубрики:

Оптичні властивості твердих тіл. Оптичні властивості кристалів (кристалооптика)

Шифр НБУВ: Ж26988 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Наведено результати моделювання широкосмугового волоконного ВКР підсилювача (підсилювач на вимушеному комбінаційному розсіюванні) з рівномірною смугою підсилення, що охоплює C+L телекомунікаційні вікна, в стандартному волокні типу TrueWave RS. Аналіз головних переваг волоконного підсилювача з активним середовищем на одномодовому волокні TrueWave RS виконано шляхом порівняння з ербієм легованим волоконним підсилювачем. Запропоновано спрощену модель аналітичного опису надширокосмугового ВКР підсилювача з багатохвильовим помпуванням. Проблема моделювання рівномірної смуги робочих частот ВКР підсилювача у C+L телекомунікаційних вікнах вирішувалась у 3 етапи - спочатку отримано майже точну аналітичну апроксимацію профілю ВКР підсилення в області частот стоксового зсуву понад 20 ТГц, яка на другому етапі суттєво спрощує вирівнювання смуги підсилення у конфігурації з багатьма довжинами хвилі накачування. Показано, що нерівномірність підсилення можна різко зменшити з понад 3 до 0,2 дБ через збільшення кількості джерел накачування від М = 2 до М = 6, однак подальше збільшення М вже майже не впливає на покращання нерівномірності смуги підсилення.