В России разработали новый метод генерации суперконтинуума

Предложенная отечественными учеными технология открывает новые перспективы для медицины и квантовых исследований. Рассказываем, в чем заключается ее суть.
Автор Hi-Tech Mail
световые импульсы художественное изображение
Связанные световые импульсы стали мощнее в три раза и при этом сохранили свою структуру.Источник: Unsplash

Ученые из Института общей физики имени А. П. Прохорова РАН вместе с коллегами создали инновационный способ формирования суперконтинуума — широкого спектра света с синхронными волнами. Новый метод базируется на усилении особых структур — солитонных молекул, состоящих из коротких световых импульсов.

По данным Российской академии наук, специалисты достигли беспрецедентного уровня усиления солитонных молекул и сформировали крайне широкий диапазон выходящего излучения. Полученные данные открывают перспективы для совершенствования оптических приборов, интерферометров и даже устройств квантового вычисления.

Солитонные молекулы представляют собой группы ультракоротких световых импульсов, сохраняющих постоянную форму и расстояние относительно друг друга при движении. Ученые освоили технику сборки сложных конфигураций из фиксированного числа таких импульсов, что открывает путь к созданию миниатюрных источников широкополосного когерентного излучения с характерной гребенчатой структурой. Эти источники формируют мощный поток энергии, состоящий из множества тонких спектральных линий, равномерно распределенных по частоте от видимого до среднеинфракрасного диапазона. Подобные системы востребованы в различных приложениях, включая создание высокоэффективных медицинских лазеров для микрохирургии, а также в конструкциях высокоточных оптических часов.

внешний вид установки
Установка волоконного эрбиевого генератора.Источник: Исмаил Алмикдад / РНФ

Традиционно получение суперконтинуума требует дорогих экспериментальных комплексов, основанных на использовании специальных волокон с высоким уровнем нелинейности. Однако прохождение мощных импульсов через такие волокна зачастую сопровождается распадом одиночных импульсов на многочисленные слабые сигналы, что приводит к потере согласованности волн и снижению качества выходного излучения.

Для решения проблемы ученые предложили новую конструкцию волоконного лазера, активированную ионами эрбия. Этот прибор способен стабильно создавать заранее заданное число импульсов в виде солитонной молекулы (от 3 до 10). Импульсы имеют длительность порядка 509 фемтосекунд, а интервал между импульсами составляет около 2,64 пикосекунды.

ученые в лаборатории
Участники исследовательского коллектива.Источник: Исмаил Алмикдад / РНФ

Усилив солитонные молекулы в лазере, эксперты добились значительного улучшения характеристик: была сформирована интенсивная полоса излучения с длинами волн от 1400 до 1700 нанометров, обладающая исключительной стабильностью и когерентностью. Важно отметить, что достижение столь высоких результатов стало возможным без привлечения внешних элементов вроде высоконелинейных волокон, при этом структура импульсов сохранилась неизменной без последующего деления. Мощность полученного излучения достигла 152 мВт, что втрое превышает аналогичные показатели предыдущих разработок.

«Технология генерации солитонных молекул в эрбиевых волоконных системах открывает новые перспективы для медицины и квантовых исследований. В медицинской сфере она позволит существенно улучшить качество томографических изображений живых тканей и усовершенствовать микрохирургические операции. В научных разработках технологию можно использовать для точной передачи информации, создания квантовых световых состояний и улучшения точности квантовых вычислений», — заключает участник проекта Станислав Сазонкин, начальник лаборатории волоконных лазеров ультракоротких импульсов НОЦ «Фотоника и ИК-техника» МГТУ.

Ранее российские ученые запустили машинное обучение на квантовом компьютере. Подробнее об этом достижении написано в другом материале Hi-Tech Mail.