Новые методы синтеза сильно локализованных конфигураций оптического поля с помощью когерентного суммирования пучков

Цель: разработка и исследование методов создания высокоинтенсивных остросфокусированных лазерных полей с помощью когерентного сложения пучков в волоконно-оптической системе с многими каналами. Как одна из перспективных концепций на пути к созданию лазерных систем со сверхвысокой пиковой интенсивностью является идея, основанная на когерентном сложении пучков от большого числа (сотни и тысячи) волоконных усилителей чирпированных импульсов. Данная концепция позволяет получить революционное повышение частоты повторения сверхмощных систем благодаря эффективному распределению тепловых нагрузок, тогда как существующие на данный момент системы работают в разовом или редко периодическом режиме, что связано с принципиальными трудностями отвода тепла от активных элементов. 

Задачи: 

1. Разработка многоканальной задающей лазерной системы с управляемыми параметрами каналов 

2. Разработка системы когерентного сложения пучков

3. Исследование когерентного сложения пучков в фокусирующей системе.

4. Исследование возможности синтеза и управления параметрами сильно локализованных структур поля с неоднородным распределением поляризации и их фокусировки.

Разработана схема когерентного суммирования пучков волоконных усилителей в дальней зоне. Разработана оптоэлектронная схема для детектирования и стабилизации фазы нескольких мощных лазерных пучков относительно одного опорного пучка, обеспечивающая поддержание фазы на уровне l/100 в диапазоне частот до ~1 кГц. Схема построена на основе стандартных коммерчески доступных компонентов и может быть тиражирована на большое число каналов.

Предложен новый эффективный метод когерентного суммирования множества оптических излучателей, расположенных в одной плоскости и имеющих невысокий коэффициент заполнения по апертуре (например, излучения от массива плотно упакованных одномодовых оптических волокон). Метод позволяет получить более 98% эффективность когерентного суммирования, недостижимую в известных схемах для данной конфигурации оптических источников. 

Проведено теоретическое исследование особенностей свойств излучения, возникающих при учете квантовой природы света при когерентном суммировании лазерных пучков. Найден стандартный квантовый предел шума для излучения, получающегося при когерентном суммировании пучков с системе с обратной связью.

 C.R. Muller, F. Sedlmeir, V.O. Martynov, Ch. Marquardt, A.V. Andrianov, G. Leuchs, “The standard quantum limit of coherent beam combining,” New Journal of Physics 21, 093047 (2019)