7 мая в журнале Nature Communications была опубликована статья российских физиков, которые предложили новый экспериментальный подход по исследованию динамики лазеров.

Обнаруженные пространственно-временные режимы лазерной генерации позволяют говорить о том, что те лазеры, которые ранее считались нестабильными, не являются таковыми. Это открывает новые возможности как в фундаментальном, так и в практическом плане по достижению новых режимов лазерной генерации.

В двухлетнем исследовании коллектива авторов под руководством д.ф.-м.н. Дмитрия Чуркина участвовали сотрудники Отдела лазерной физики и инновационных технологий НГУ, возглавляемого д.ф.-м.н. Сергеем Кобцевым, Лаборатории нелинейной фотоники, созданной в НГУ на средства мегагранта Минобрнауки РФ, возглавляемой проф. Сергеем Турицыным. Работа проходила в рамках совместного центра фотоники Астонского и Новосибирского университетов. Практически все соавторы статьи — выпускники НГУ.

Обычно считается, что лазеры работают в том или ином определенном режиме генерации, которые различаются своей временной динамикой: например, наличием стабильной последовательности лазерных импульсов, наличием или отсутствием шумов в излучении.

Если импульсы в последовательности сильно отличаются друг от друга, то такой лазер считается нестабильным.

В своей работе авторы меняют парадигму экспериментальной характеризации лазерного излучения и показывают, что несмотря на нестабильную временную динамику излучения, лазер тем не менее излучает в фиксированном режиме, который, однако, является заданным и определенным не во временном представлении, а в пространственно-временном.

Это достигается за счет измерения эволюции интенсивности излучения одновременно по времени и по пространственной координате, соответствующей количеству обходов резонатора, которое совершило излучение, прежде чем быть зарегистрированным.

Различные пространственно-временные режимы генерации могут иметь различные свойства периодичности с разными масштабами как по временной, так и по пространственной координате, что определяет эволюцию формы импульсов от одного к другому по сложному, но заданному закону. Кроме того, оказывается возможным экспериментальное наблюдение спонтанной генерации, эволюции и нелинейного взаимодействия различных типов когерентных структур в лазерном излучении, что позволяет в том числе прояснить механизмы формирования экстремальных событий в лазерном излучении.

Экспериментальное изучение пространственно-временных режимов генерации дает принципиально новые возможности по исследованию сложной физики генерации и пониманию процессов, ведущих к формированию лазерного излучения, что, в свою очередь, позволяет разрабатывать лазеры, излучающие в новых режимах генерации для практических применений.

Коротко: в своей публикации в Nature Communications авторы объясняют, с помощью каких экспериментальных методик можно исследовать физику таких лазеров в пространственно-временном представлении и поясняют, что лазер, который выглядит нестабильным, может таковым и не являться. На данный момент он недостаточно понят и изучен.