Лаборатория полых волоконных световодов

Решения разнообразных научных и прикладных задач

Световоды с полой сердцевиной открыли новые возможности для решения разнообразных научных и прикладных задач. Тот факт, что сердцевина световода является полой, снимает многие ограничения, накладываемые материалом твердотельной сердцевины обычных световодов. Более того, разработанные в НЦВО РАН полые световоды револьверного типа существенно снижают долю излучения, взаимодействующую с материалом оболочки световода. В результате, полые световоды демонстрируют беспрецедентную стойкость к оптическому и ионизирующему излучению, позволяют передавать без искажений ультракороткие импульсы, расширяют спектральную область применимости технологии кварцевого стекла в УФ и средний ИК диапазоны. При заполнении полой сердцевины газовыми смесями различных составов открываются новые возможности в области нелинейной оптики. Развитие этого направления привело к созданию нового типа лазеров – газовых волоконных лазеров, генерирующих в ближнем и среднем ИК диапазоне как нано-, пико- и фемтосекундные импульсы, так и непрерывное излучение. Основные направления исследований, проводимых в лаборатории полых волоконных световодов НЦВО РАН, включают в себя:

• Исследование механизмов локализации излучения в световодах с полой сердцевиной;
• Исследования по созданию газоразрядных газовых волоконных лазеров;
• Исследования нелинейно-оптических эффектов в газонаполненных револьверных световодах
• Исследования по генерации суперконтинуума и ультракоротких импульсов в среднем инфракрасном диапазоне;
• Исследование по транспортировке лазерного излучения с высокой пиковой и/или средней мощностью;

• Впервые реализованы фемтосекундные рамановские газовые волоконные лазеры ближнего и среднего ИК диапазона. В частности, в среднем ИК диапазоне достигнута энергия в импульсе 10 мкДж при длительности импульса 920 фс на длине волны 2.68 мкм. Проведена регистрация порядка 15 линий поглощения водяных паров в атмосферном воздухе.
• Впервые разработаны и продемонстрированы наносекундные рамановские газовые волоконные лазеры среднего ИК диапазона. Используя кварцевый револьверный световод, заполненный водородом и/или дейтерием, получена генерация на длинах волн 2.9 мкм, 3.3 мкм, 3.5 мкм и 4.4 мкм. В частности, на длине волны 4.4 мкм достигнута средняя мощность более 1 Вт и реализована квантовая эффективность преобразования 53%.
• Предложены и впервые реализованы револьверные световоды – принципиально новая конструкция световодов с полой сердцевиной (СПС), в которой оболочка полого световода состоит из одного слоя капилляров. Разработана технология изготовления револьверных световодов. Световоды на основе этого дизайна получили широкое распространение в мире благодаря относительной простоте и технологичности изготовления, которые при этом обеспечивают сильную локализацию излучения в полой сердцевине. Этот факт позволяет реализовывать низкие оптические потери даже в тех спектральных областях, в которых материал оболочки световода является сильно поглощающим. Например, револьверные световоды с оболочкой из кварцевого стекла могут использоваться в спектральном диапазоне от ~100 нм (вакуумный УФ) до ~5 мкм (средний ИК).
• Впервые разработана технология вытяжки револьверных световодов со вложенными (nested) капиллярами в оболочке, дизайн которых был теоретически предложен ранее нашими зарубежными коллегами.

• Гладышев А.В., Дубровский Д.С., Журавлева Е.Е., Косолапов А.Ф., Яценко Ю.П., Буфетов И.А. Рамановская генерация пикосекундных импульсов на длине волны 3,9 мкм в револьверном световоде. // Автометрия. – 2023. – Т. 59, № 1. – С. 15-23. DOI: 10.15372/AUT20230102
• Losev L., Pazyuk V., Gladyshev A., Yatsenko Y., Kosolapov A., Bufetov I. Compression of few-microjoule femtosecond pulses in a hollow-core revolver fiber. // Fibers. – 2023. – V. 11, № 2. – Art. 22. DOI: 10.3390/fib11020022
• Bufetova G., Kosolapov A., Yashkov M., Umnikov A., Velmiskin V., Tsvetkov V., Bufetov I. Extra-High Pressure in the Core of Silica-Based Optical Fiber Preforms during the Manufacturing Process. // Photonics. – 2023. – V. 10, № 3. – Art. 335. DOI: 10.3390/photonics10030335
• Буфетов И. А., Гладышев А. В., Нефедов С. М., Косолапов А. Ф., Вельмискин В. В., Гончаров П. А., Минеев А. П. Поддержание СВЧ-разряда в полой сердцевине волоконных световодов для газовых волоконных лазеров. // Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. – 2023. – Т. 509, № 1. – С. 3-8. DOI: 10.31857/S2686740023020037
• Gladyshev A., Nefedov S., Kolyadin A., Kosolapov A., Velmiskin V., Mineev A., Bufetov I. Microwave Discharge in Hollow Optical Fibers as a Pump for Gas Fiber Lasers // Photonics. – 2022. – Vol 9, No. 10. – P. 752. DOI: 10.3390/photonics9100752
• Gladyshev, A., Yatsenko, Y., Kolyadin, A., Bufetov, I. Visible to Mid-Infrared Supercontinuum Initiated by Stimulated Raman Scattering of 1.03 μm Ultrashort Pulses in a Gas-Filled Silica Fiber // Photonics. – 2022. - Vol. 9, No. 12. – P. 997. DOI: 10.3390/photonics9120997
• Крылов А.А., Гладышев А.В., Сенаторов А.К., Колядин А.Н., Косолапов А.Ф., Худяков М.М., Лихачев М.Е., Буфетов И.А. ВКР-преобразование 1.56 мкм → 2.84 мкм чирпированных импульсов мощного эрбиевого волоконного лазера в заполненном метаном полом револьверном световоде // Квантовая электроника. – 2022. – Т. 52, No. 3. – C. 274-277. DOI: 10.1070/QEL18003
  Перевод:
  Krylov A.A., Gladyshev A.V., Senatorov A.K., Kolyadin A.N., Kosolapov A.F., Khudyakov M.M., Likhachev M.E., Bufetov I.A. 1.56-to-2.84 μm SRS conversion of chirped pulses of a high-power erbium fibre laser in a methane-filled hollow-core revolver fibre // Quantum Electronics. – 2022. – Vol. 52, No. 3. – P. 274-277. DOI: 10.1070/QEL18003
• Крылов А.А., Гладышев А.В., Сенаторов А.К., Яценко Ю.П., Колядин А.Н., Косолапов А.Ф., Худяков М.М., Лихачев М.Е., Буфетов И.А. Пикосекундный рамановский волоконный лазер с длиной волны 2.84 мкм // Квантовая электроника. – 2022. – Т. 52, No. 8. – С. 685-694.
• Буфетов И. А., Колядин А. Н., Яценко Ю. П., Косолапов А. Ф. Спектральная диагностика оптического разряда, распространяющегося по полому волоконному световоду // Квантовая электроника. - 2021. - Т. 51 № 3. - С. 232–239. [Quantum Electron., 51:3 (2021), 232–239] DOI: 10.1070/QEL17481
• Яценко Ю. П., Гладышев А. В., Буфетов И. А. Суперконтинуум среднего ИК диапазона, инициируемый двухкаскадным ВКР в револьверном световоде, заполненном дейтерием // Квантовая электроника. - 2021. - Т. 51 №12. - С.1068-1075. [Quantum Electronics. - 2021. - Vol. 51, No. 12. - P. 1068-1075.
• Bufetov I., Babin S. // Raman Fibre Lasers. // Chapter 38 in:Handbook of Laser Technology and Applications Second Edition: Lasers Design and Laser Systems (Volume Two) edited by Chunlei Guo and Subhash Chandra Singh. CRC Press, Taylor & Francis Group - 2021. - P. 495- 513. ISBN 9781138032620 (hardback), ISBN 9781003127130 (ebook). A. V. Gladyshev, I. A. Bufetov, “Hollow-core design provides polarization purity,” Nat. Photonics 14, 468–469 (2020). DOI:10.1038/s41566-020-0671-4
• Gladyshev A., Yatsenko Y., Kolyadin A., Kompanets V., Bufetov I. Mid-infrared 10-µJ-level sub-picosecond pulse generation via stimulated Raman scattering in a gas-filled revolver fiber // Optical Materials Express. – 2020. – Vol. 10, No. 12. – P. 3081-3089. DOI: 10.1364/OME.411364
• A. V. Gladyshev et al., “SRS generation of femtosecond pulses in a methane-filled revolver hollow-core optical fibre”, Quantum Electronics (2019), 49 (12):1089 DOI: 10.1070/QEL17155
• A. V. Gladyshev et al., “Propagation of megawatt subpicosecond light pulses with the minimum possible shape and spectrum distortion in an air- or argon-filled hollow-core revolver fibre”, Quantum Electronics (2019), 49 (12):1100. DOI: 10.1070/QEL17156
• M. S. Astapovich, A. V. Gladyshev, M. M. Khudyakov, A. F. Kosolapov, M. E. Likhachev and I. A. Bufetov, "Watt-Level Nanosecond 4.42-µm Raman Laser Based on Silica Fiber," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 31, no. 1, pp. 78-81, 1 Jan.1, 2019. DOI: 10.1109/LPT.2018.2883919
• I. A. Bufetov, A. F. Kosolapov, A. D. Pryamikov, A. V. Gladyshev, A. N. Kolyadin, A. A. Krylov, Y. P. Yatsenko and A. S. Biriukov, “Revolver Hollow Core Optical Fibers,” Fibers, vol. 6, no. 2, Jun. 2018, Art. no. 39. DOI: 10.3390/fib6020039
• A. V. Gladyshev, A. F. Kosolapov, M. M. Khudyakov, Y. P. Yatsenko, A. N. Kolyadin, A. A. Krylov, A. D. Pryamikov, A. S. Biriukov, M. E. Likhachev, I. A. Bufetov, E. M. Dianov, "2.9, 3.3, and 3.5 μm Raman Lasers Based on Revolver Hollow-Core Silica Fiber Filled by 1H2/D2 Gas Mixture," in IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 24, no. 3, pp. 1-8, May-June 2018, Art no. 0903008. DOI: 10.1109/JSTQE.2018.2810378
• A. A. Krylov, A. K. Senatorov, A. D. Pryamikov, A. F. Kosolapov, A. N. Kolyadin, G. K. Alagashev, A. V. Gladyshev, I. A. Bufetov. "1.56 µm sub-microjoule femtosecond pulse delivery through low-loss microstructured revolver hollow-core fiber", Laser Physics Letters 14 (3), 035104, (2017)
• 4.Yu. P. Yatsenko, E. N. Pleteneva, A.G. Okhrimchuk, A.V. Gladyshev, A.F. Kosolapov, A.N. Kolyadin, I.A. Bufetov. "Multiband supercontinuum generation in an air-core revolver fibre" Quantum Electronics, 47 № 6 , 553–560 (2017); Ю.П. Яценко, Е.Н. Плетенева, А.Г. Охримчук, А.В. Гладышев, А.Ф. Косолапов, А.Н. Колядин, И.А. Буфетов. "Генерация многозонного суперконтинуума в револьверном световоде с полой воздушной сердцевиной", Квантовая электроника, 47, №6, 553-560 (2017)
• A. V. Gladyshev, A. F. Kosolapov, A. N. Kolyadin, M. S. Astapovich, A. D. Pryamikov, M. E. Likhachev, I. A. Bufetov, "Mid-IR hollow-core silica fibre Raman lasers", Quantum electronics, 2017, 47 (12), 1078–1082
• A. V. Gladyshev, A. F. Kosolapov, M. M. Khudyakov, Yu. P. Yatsenko, A. N. Kolyadin, A. A. Krylov, A. D. Pryamikov, A. S. Biriukov, M. E. Likhachev, I.A. Bufetov, E. M. Dianov. "4.4-μm Raman laser based on hollow-core silica fibre", Quantum Electronics 47 (5), 491- 494 (2017); А.В. Гладышев, А.Ф. Косолапов, М.М. Худяков, Ю.П. Яценко, А.Н. Колядин, А.А. Крылов, А.Д. Прямиков, А.С. Бирюков, М.Е. Лихачев, И.А. Буфетов, Е.М. Дианов. "Волоконный ВКР-лазер на основе кварцевого световода с полой сердцевиной, генерирующий излучение на 4.4 мкм", Квантовая электроника, 47, №5, 491-494 (2017)
• A. V. Gladyshev, A. N. Kolyadin, A. F. Kosolapov, Yu P. Yatsenko, A. D. Pryamikov, A. S. Biriukov, I. A. Bufetov, E. M. Dianov, "Low-threshold 1.9 um Raman generation in microstructured hydrogen-filled hollow-core revolver fibre with nested capillaries LASER PHYSICS", 27(2), 025101 (2017)
• A.V. Gladyshev, A.N. Kolyadin, A.F. Kosolapov, Yu.P. Yatsenko, A.D. Pryamikov, A.S. Biriukov, I.A. Bufetov, E.M. Dianov, “Efficient 1.9-mm Raman generation in a hydrogen- filled hollow-core fibre”, Quantum Electronics 45 (9) 807 – 812 (2015)

• Gladyshev A., Nefedov S., Kolyadin A., Kosolapov A., Velmiskin V., Mineev A., Bufetov I. Microwave Discharge in Hollow Optical Fibers as a Pump for Gas Fiber Lasers // Photonics. – 2022. – Vol 9, No. 10. – P. 752. DOI: 10.3390/photonics9100752
• Gladyshev, A., Yatsenko, Y., Kolyadin, A., Bufetov, I. Visible to Mid-Infrared Supercontinuum Initiated by Stimulated Raman Scattering of 1.03 μm Ultrashort Pulses in a Gas-Filled Silica Fiber // Photonics. – 2022. - Vol. 9, No. 12. – P. 997. DOI: 10.3390/photonics9120997
• Gladyshev A., Yatsenko Y., Kolyadin A., Kompanets V., Bufetov I. Mid-infrared 10-µJ-level sub-picosecond pulse generation via stimulated Raman scattering in a gas-filled revolver fiber // Optical Materials Express. – 2020. – Vol. 10, No. 12. – P. 3081-3089. DOI: 10.1364/OME.411364
• M. S. Astapovich, A. V. Gladyshev, M. M. Khudyakov, A. F. Kosolapov, M. E. Likhachev and I. A. Bufetov, "Watt-Level Nanosecond 4.42-µm Raman Laser Based on Silica Fiber," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 31, no. 1, pp. 78-81, 1 Jan.1, 2019. DOI: 10.1109/LPT.2018.2883919
• I. A. Bufetov, A. F. Kosolapov, A. D. Pryamikov, A. V. Gladyshev, A. N. Kolyadin, A. A. Krylov, Y. P. Yatsenko and A. S. Biriukov, “Revolver Hollow Core Optical Fibers,” Fibers, vol. 6, no. 2, Jun. 2018, Art. no. 39. DOI: 10.3390/fib6020039
• A. V. Gladyshev, A. F. Kosolapov, M. M. Khudyakov, Y. P. Yatsenko, A. N. Kolyadin, A. A. Krylov, A. D. Pryamikov, A. S. Biriukov, M. E. Likhachev, I. A. Bufetov, E. M. Dianov, "2.9, 3.3, and 3.5 μm Raman Lasers Based on Revolver Hollow-Core Silica Fiber Filled by 1H2/D2 Gas Mixture," in IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 24, no. 3, pp. 1-8, May-June 2018, Art no. 0903008. DOI: 10.1109/JSTQE.2018.2810378
• A. V. Gladyshev, A. F. Kosolapov, M. M. Khudyakov, Yu. P. Yatsenko, A. N. Kolyadin, A. A. Krylov, A. D. Pryamikov, A. S. Biriukov, M. E. Likhachev, I.A. Bufetov, E. M. Dianov. "4.4-μm Raman laser based on hollow-core silica fibre", Quantum Electronics 47 (5), 491- 494 (2017); А.В. Гладышев, А.Ф. Косолапов, М.М. Худяков, Ю.П. Яценко, А.Н. Колядин, А.А. Крылов, А.Д. Прямиков, А.С. Бирюков, М.Е. Лихачев, И.А. Буфетов, Е.М. Дианов. "Волоконный ВКР-лазер на основе кварцевого световода с полой сердцевиной, генерирующий излучение на 4.4 мкм", Квантовая электроника, 47, №5, 491-494 (2017)
• A.V. Gladyshev, A.N. Kolyadin, A.F. Kosolapov, Yu.P. Yatsenko, A.D. Pryamikov, A.S. Biriukov, I.A. Bufetov, E.M. Dianov, “Efficient 1.9-mm Raman generation in a hydrogen- filled hollow-core fibre”, Quantum Electronics 45 (9) 807 – 812 (2015)