Перспективные разработки, НИОКРы, изобретения

В НГУ разработали уникальный способ генерации лазерных импульсов любой формы

В Новосибирском государственном университете (НГУ) проведены исследования гибридного лазера нового типа (волоконно-полупроводникового), на основе которого впервые реализовано эффективное преобразование коротких электрических импульсов в оптические той же формы и длительности.

Результаты этой работы были представлены на одной из крупнейших международных конференций по фотонике Photonics Asia 2019 и получили высокие оценки специалистов.

— Разработка энергоэффективных способов генерации коротких лазерных импульсов и наборов импульсов с программно-задаваемой произвольной формой огибающей является одной из актуальнейших задач лазерной физики, современным научно-техническим вызовом, требующем новых нестандартных подходов и решений. Наш способ управления формой лазерных импульсов посредством программного профилирования электрических импульсов накачки не требует применения каких-либо традиционных оптических модуляторов. Это позволяет реализовать на его основе компактный и энергоэффективный волоконно-полупроводниковый лазер, генерирующий периодические импульсы произвольной формы с высоким качеством пучка и стабильными спектральными характеристиками, — отметил ведущий научный сотрудник отдела лазерной физики и инновационных технологий НГУ, старший научный сотрудник лаборатории квантовых оптических технологий Междисциплинарного квантового центра физического факультета НГУ, кандидат физико-математических наук Борис Нюшков.

Экспериментальная установка: RF-AWG, программируемый радиочастотный (RF)генератор произвольной формы волны (RF-AWG, Rigol DG4162); SОА, полупроводниковый оптический усилитель;NDF, волокна нормальной дисперсии; NZDSF, смещенные волокна с ненулевой дисперсией; FBG, волоконная Брэгговская решетка;

— Генераторы электрических импульсов произвольной формы являются обычными приборами, давно никого не удивляющими. Генераторы же оптических импульсов произвольной формы находятся в начальной стадии развития, их эффективность оставляет желать лучшего, существующие методы управления формой и структурой оптических импульсов сложны и несовершенны. Наш оригинальный подход к генерации лазерных импульсов любой формы ломает стереотипы, сложившиеся в данной области фотоники, — отметил старший научный сотрудник отдела лазерной физики и инновационных технологий НГУ, кандидат физико-математических наук, старший преподаватель ФФ НГУ Алексей Иваненко.

— Конверсия электрических импульсов в оптические с сохранением временного профиля открывает интересные перспективы в научных и практических приложениях лазерных импульсов с программируемой формой и структурой. В разработанном нами лазере такая конверсия стала возможной из-за применения активной среды с малым временем отклика, ее роль выполняет полупроводниковый оптический усилитель. Сейчас мы исследуем возможности управления временным профилем лазерных импульсов с активными средами другого типа и уже получили интересные результаты, которые будут опубликованы в ближайшем будущем в известных международных журналах, — объяснил старший научный сотрудник отдела лазерной физики и инновационных технологий НГУ, кандидат физико-математических наук Сергей Смирнов.

Осциллограммы возбуждающего электрического сигнала (зеленые кривые) и генерируемой последовательности лазерных импульсных паттернов (красные кривые); (б) соответствующие спектры (полоса разрешения, 1 кГц).

Осциллограммы сложных форм возбуждающего электрического сигнала (зеленые кривые) и результирующих лазерных импульсных паттернов / сигналов (красные кривые).

Исследования опубликованы в статье Программируемая генерация оптических сигналов в известном международном журнале Американского оптического общества «Journal of the Optical Society of America B».

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.

Источник: https://www.nsu.ru/n/media/news/nau...ii-lazernykh-impulsov-lyuboy-formy/

Вступай в наши группы и добавляй нас в друзья :)

Поделись позитивом в своих соцсетях

Другие публикации по теме

НГУ, лазер

2
termometrix
01.11.1923:27:22

Хорошее изделие для квантовой криптографии и будущих коммуникаций нового поколения? Или ошибаюсь?

Отредактировано: termometrix~23:28 01.11.19

#1168856 ↑

2
alex_uns
01.11.1923:58:21

Модуляция лазерного пучка, что и в радиоволне, есть передача информации.
Здесь ребята вырвались из общего русла — оптической модуляции лазерного пучка (самый простой и основной в мире сейчас способ) и вышли на оперативно-тактический простор программируемой (электронно) как угодно сложно работы с информацией
Модуляция лазерного пучка может быть внутренней и внешней
При внешней модуляции луч лазера пропускается через специальную среду, параметры которой (показатель преломления или коэффициент поглощения) изменяются под действием модулирующего сигнала. Используются различные физические эффекты и явления в твердых и жидких средах, возникающие при воздействии электрического или магнитного полей и влияющие на проходящий в этой среде луч лазера. (метод оптической модуляции)
Для полупроводниковых лазеров возможна внутренняя модуляция путем изменения тока возбуждения. Сейчас вот как раз именно над этим изменением тока работают на западе в этом методе, но у наших кажется что-то другое.
Здесь как раз именно у наших полупроводниковый лазер. Вот этот блок — SОА, полупроводниковый оптический усилитель и есть внутренняя среда.
В лазерах может модулироваться амплитуда, частота, фаза, поляризация и интенсивность светового потока. Поэтому здесь поле для работы с информацией даже еще шире, чем у радиоволн.
Ну и естественно у наших это круче, чем в оптическом методе модуляции, в котором сейчас все и варятся.
вот такая выдержка из их научной статьи:
«Наиболее желательные решения должны обеспечивать непосредственное управление лазерными импульсами, когда их форма и структура следуют за формой управляющего электрического сигнала."
Ключевое здесь произвольной формы. А дальше идет работа по расширению диапазонов всего этого комплекта — амплитуда, частота, фаза, поляризация и интенсивность светового потока. И с модуляцией пучка у конкурентов в мире хоть и есть небольшие подвижки для внутренней среды, но видимо не тянут пока на решение именно как произвольной    формы, и соответствующей управляющему сигналу.    (а теперь смотрим что получилось у нас, произвольной все же тоже условно, а по соответствию очень даже хорошо)
Ну и еще одна научная задача. Это когда информация модулирует пучок максимально быстро. Проблема времени отклика системы среда — пучок. У наших она минимальна.

Отредактировано: alex_uns~01:17 02.11.19

#1168861 ↑

2
termometrix
02.11.1901:34:09

Прогресс серьезный.

Отредактировано: termometrix~02:55 02.11.19

#1168869 ↑

3
termometrix
02.11.1902:55:36

Ну и еще одна научная задача. Это когда информация модулирует пучок максимально быстро. Проблема времени отклика системы среда — пучок. У наших она минимальна.
Да,по сути они создали единый оптоэлектронный контур с обратной связью.
Насколько мне известно,за счет интерференции/синхронизации/ мод современные оптоэлектронные технологии пока не в состоянии измерить длительность подобных импульсов в узком спектре .Гармоники автокорреляции перехвата не помогут,пока.
Монолитно-логические отрезки из информационного потока будет невозможно засечь.
The key factors enabling such electrical-to-optical waveform transferring are synchronous pumping of SOA in the gain-modulation regime, a relatively low-peak power, and a narrow optical spectrum of the laser radiation. Due to thesefactors, the generated optical waveforms are not noticeably affected by optical nonlinearity and dispersion of the laser cavity.A rather fast (nano- or even picosecond) SOA response allows using this method in the sub-microsecond range of durations aswell.
. The advantages of the proposed method for the generation of nearly arbitrary optical waveforms are a comparatively high-energy efficiency (compared to methods based on amplitudemodulators), a stable and relatively narrow optical spectrum(in comparison with approaches based on direct modulation of the diode laser current), and a high S/N ratio/,коэфф. Сигнал/Шум/, typical of a mode-locked operation.
И другие приложения,вроде бы для оптико-электронного обнаружения:
Some advanced techniques (involving high harmonic generation with amplified femtosecond laser pulses) can be used to produce optical features with durations as short as 100 attoseconds in the extreme ultraviolet spectral region (i.e. <30 nm). Other achievements, important particularly for laser applications, concern the development of mode-locked lasers which can be pumped with laser diodes, can generate very high average output powers (tens of watts) in sub-picosecond pulses, or generate pulse trains with extremely high repetition rates of many GHz.
The discussed approach may serveas the base of next-generation laser radiation sources with a broadly controllable pulse shape for scientific and industrial applications.

Отредактировано: termometrix~11:47 02.11.19

#1168871 ↑
3
RadiantConfessor
02.11.1907:46:08

Кроме ускорения связи эта технология приближает нас к оптической логике.

#1168888 ↑

0
termometrix
02.11.1911:46:59

Да.

#1168905 ↑

2
Petr-2000
02.11.1909:25:55

А в 3D принтерах это можно использовать?

#1168893 ↑

1
termometrix
02.11.1911:41:10

Думаю да,но как часть сложной системы,с усилением исходного пучка.Возможен и кластер из несколько схем для больших установок,имхо.Есть разные способы многократного усиления мощности лазерного излучения.Это изобретение представляет по сути «трансмиссия»,преобразователь электрических импульсов в оптических с почти одинковой взаимосвязей из-за рекородной скоростью переключения/времени отклика/ и минимальными потерями.Диапазон генерации форм электрических импульсов практически безграничен,а от туда и диапазон форм лазерных импульсов должен быть таким.
Все зависит от габбаритов всей этой системы в 3Д-принтерах,какие установки будут хотеть разработчики принтеров,какие задания будут иметь,не знаю.

Отредактировано: termometrix~14:31 02.11.19

#1168903 ↑

0
alex_uns
02.11.1913:38:30

про мощность родилась шутка
боевой лазер, выжигающий звезды на вражеской технике
А в криптографии это да. здесь так можно наворотить) Особенно если техники для расшифровки закодированного лазера у интересующихся нет)

#1168923 ↑

0
termometrix
02.11.1917:32:51

Спасибо еще один раз за материал,Алекс!

Отредактировано: termometrix~18:41 02.11.19

#1168949 ↑

0
termometrix
02.11.1917:43:03

А в 3D принтерах это можно использовать?
Американские товарищи как всегда впереди.Конечно в Калифорнии/где еще?/,штаб-квартира компании.
Compared with conventional laser AM techniques (thermally melted welding), the fs fiber laser AM offers many advantages including localized high temperature heating, manipulating microstructures and macrostructures, uniform mixing of dissimilar materials, limited HAZ, and stable sub-micron grain structure. It is the ideal solution for 3D manufacturing of high temperature materials and fine structures. Moreover, subtractive manufacturing (SM) can be naturally integrated to make hybrid (AM and SM) process by using fs fiber laser.
По сравнению с традиционными лазерными методами аддитивных технологий (сварка термическим расплавом), волоконный фемтосекнудный-лазер аддитивных машин предлагает много преимуществ, включая локальный высокотемпературный нагрев, манипулирование микроструктурами и макроструктурами, равномерное смешивание разнородных материалов, ограниченную зону термического влияния и стабильную субмикронную зернистую структуру. Это идеальное решение для трехмерного производства высокотемпературных материалов и тонких структур. Кроме того, механической обработки может быть естественным образом интегрирована в гибридном процессе с использованием волоконного фемтосекундного лазера.
http://www.pola...pplications.php

Отредактировано: termometrix~18:48 02.11.19

#1168950 ↑

2
termometrix
02.11.1918:02:32

Однако наш принтер будет лучше,за счет разнообразия форм импульсов у нашего лазера соотвественно многократно повысится его режим функциональности и управления.Американские товарищи сделали лишь волоконный лазер фемтосекундного уровня,а наши ученые сделали гибридный волоконно-полупроводинковый лазер фемтосекундного уровня с негораниченными возможностями управления и функциональности
--------------
Приложения
…
3D печать / аддитивное производство
Нелинейная визуализация и микроскопия
Микрообработка и микроструктурирование
Абляция тканей и микро- и нанохирургия
Прецизионная оптическая спектроскопия
Оборона и Космос
Оптическое зондирование и оптическая связь требуют компактных, надежных и эффективных волоконных лазеров.
Оптическая связь
Наши недавно разработанные компактные оптоволоконные лазеры с тактовой частотой ГГц (1-100 ГГц) обеспечивают высокоскоростную оптоволоконную связь следующего поколения экономически эффективным способом.
Наш мощный волоконный усилитель может повысить мощность до 10 Вт при 1550 нм и до 100 Вт при 1 микроне.
http://www.pola...pplications.php
JIAN LIU, POLARONYX INC.
© polaronyx.com
Люди действуют.Маленькая фирма в США,случайно ее нашел в Интернет,но один день кто знает? Ну хотя бы за счет оборонных заказов можно накопить серьезный капитал.Ибо эти технологии -специальные.
---------------
Зы.А у нас великий экономист, руководитель ВЭБ, Игорь Шувалов обанкротил завод «Ангстрем-Т» в Зеленограде?!!А кредитор можно было просто пиобрести завод за счет долгов …бесплатно.Прав Глазьев кгда говорит,что даже госбанки начали заниматься рейдерством,теперь с залогами активов предприятий-должников.Вот и «наши инновации».

Отредактировано: termometrix~20:16 02.11.19

#1168955 ↑

0
alex_uns
02.11.1918:35:25

ну) если мощность набрать, то лазерная гравировка упрощается. это простейшее применение — работа в 2d. как вариант лазерная резка в 2d.
я вот про 3d. в зоне работы лазера, а он допустим уже не перемещается по плоскости, а создает контур произвольной формы в этой плоскости целиком, то есть сразу печатает слой. тогда, перемещаясь вверх на дельта y, он следующим контуром печатает махом следующий слой и т. д.
вопрос — техническая проблема в создании слоя порошка для работы лазера с произвольной формой в каждом последующем слое дельта y.

Отредактировано: alex_uns~18:46 02.11.19

#1168958 ↑

0
termometrix
02.11.1919:15:04

в создании слоя порошка
Разве не существуют датчики обратной связи интегрированные с АСУ для управления количества оптимального подачи порошка? Но у «нашей» схемы АСУ будет попроще,ибо заранее существует обратная связь между генератором и устройством выполняющее печатания.
Опять же система контроля и подачи будет двухканальной.
https://www.pho...Additive/a61516

Отредактировано: termometrix~19:38 02.11.19

#1168960 ↑

1
alex_uns
02.11.1919:58:04

я про другое, этот 3d принтер для лазера с произвольной формой пучка должен иметь уже совершенно другие, новые возможности. сейчас спекание в лазерном пучке происходит в небольшой зоне его действия. Если это точка, ну или пятно, то порошок туда подается просто. Если лазер уже как сложная фигура, то такая же сложная фигура и место, куда должен подаваться порошок. Это как допустим подать фольгу целым листом, припечь ее по контуру, убрать лишнее-ненужное, подняться на следующую плоскость и снова подать слой фольги. Только это конечно не фольга, а порошок для спекания. Ну, а так как он подается под произвольный контур и сразу по всей плоскости, то это и есть любопытный маневр, у меня например он вызывает вопрос и я в недоумении. Если эта задача решается, то далее я уже описал — переходим на новую плоскость и т. д. Скорость создания детали может быть значительно увеличена.

#1168965 ↑

1
termometrix
03.11.1900:36:35

-Контур будет оптический отражатель,цилиндрическо-параболической формы,термостокий,высокой прочностью,сверхнизкого коэффициента пропускания света
-Система подачи материала-порошка будет осуществляться в условиях сверхвысокого вакуума в цилиндре,в состоянии невесомости,высокой герметичности
-Лазерное скрепление не будет происходит послойно,а нелийнейно,пучки последовательно будут мультиплицироваться по всей стены отражателя и будут скульптурировать изделие на принципе гончарного круга.
-Другой вариант: разветвление световодов лазера на несколько частей и в металлическом цилиндре под высоким давлением скульптурирование изделия одновременно за счет наложения встречных пучков со всех сторон основных координат.Форма каждого лазерного пучка в процессее изготовления может быть запрограмирована заранее в АСУ с учетом типоразмеров будщего изделия.
Действительно пока контуры и соотвественно размеры выработанных изделий небольшие,но с учетом масштабиромости можно подумать об укрупнении установки и более высокой технико-экономической эффективности.
За 3 часов столько родила моя голова,брат.Буду думать и о дальнейшем развитии разных вариантов.

Отредактировано: termometrix~09:16 03.11.19

#1169002 ↑

0
alex_uns
03.11.1907:52:34

#1169033 ↑

Написать комментарий

Отмена

Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,