Модовая декомпозиция лазерного излучения, распространяющегося в многомодовом волокне в режиме керровской самочистки

М.Д. Гервазиев, Д.С. Харенко, И. Жданов, В.А. Гонта, Е.В. Подивилов, С.А. Бабин, С. Вабниц
2020 9-й Международный семинар по волоконным лазерам: материалы семинара   unpublished
Многомодовые волокна долгое время оставались невостребованными из-за плохого качества пучка, которое обратно пропорционально количеству возбуждённых мод. Однако интенсивное исследование нелинейных эффектов при распространении мощного лазерного излучения в многомодовых волокнах с градиентным профилем показателя преломления привело к открытию ряда неожиданных явлений, таких как керровская самочистка пучка [1] и генерация суперконтинуума с импульсами высокой пиковой мощности [2] . Механизм
more » ... . Механизм самочистки заключается в том, что большая часть энергии пучка перетекает в фундаментальную моду с сопутствующим перераспределением энергии в сторону мод высокого порядка. Увеличение энергии фундаментальной моды приводит к увеличению качества пучка. Стандартным способом определения качества пучка является измерение параметра M 2 (м-квадрат). То есть фактически определяется степень отклонения расходимости пучка от гауссового. Но поскольку самочистка представляет из себя нелинейное перераспределение энергии, переносимой большим числом мод волокна, такой подход не вполне корректен, и гораздо более информативным методом представляется модовая декомпозиция выходного луча. Модовая декомпозиция -это метод анализа излучения, заключающийся в измерении амплитуд и относительных фаз мод, входящих в состав пучка. Существующие методы декомпозиции основаны на генетических алгоритмах [3], адаптивной оптике [4] или фазовой модуляции [5] . Реализовать последний вариант возможно при помощи пространственного модулятора света (SLM, от англ.spatial light modulator). SLM -это прибор, обычно управляемый с помощью компьютера, который накладывает определенную форму пространственной модуляции (амплитудной, фазовой или амплитудно-фазовой) на излучение. Существующие работы по модовой декомпозиции включали в себя анализ пучка на выходе из маломодовых волокон, наша задача заключалась в том, чтобы сделать метод пригодным для использования в случае волокон с большим числом мод и градиентным профилем показателя преломления. Принципиальная схема эксперимента приведена на рисунке 1. Используя свойство ортонормированности волоконных мод, разложение Якоби-Ангера и теоремы о преобразовании Фурье, фазовые маски формируются таким образом, чтобы центр первого порядка дифракции содержал информацию об амплитуде моды или её относительной фазе (относительно некоторой моды, обычно фундаментальной) [5] . В работе проведено численное моделирование процесса декомпозиции для случайно сгенерированного пучка. Показано, что амплитуды и фазы восстанавливаются с точностью до 10 -7 , а восстановленный пучок практически неотличим от исходного. Добавлена дискретизация с целью
doi:10.31868/rfl2020.106-108 fatcat:d5nj64vuufanpne3j4sq6bacm4