Управление пространственной структурой оптических полей

Институт оптики атмосферы СО РАН

Научный руководитель: д.ф.-м.н. В.В. Дудоров, Соавторы: д.ф.-м.н. В.П. Аксенов, д.ф.-м.н. В.В. Колосов, к.ф.-м.н. Г.А. Филимонов, М.Е. Левицкий.

В ИОА СО РАН впервые разработан и экспериментально апробирован метод управления пространственной структурой синтезированных оптических полей на основе сложения излучения матрицы волоконных лазеров. Основным преимуществом метода является возможность высокоскоростного управления распределением интенсивности, радиусом когерентности и орбитальным угловым моментом (ОУМ) синтезированного лазерного пучка. Использование оптоволоконных элементов позволяет управлять фазой и величиной ОУМ с частотой более 1010 Гц. При этом достигается высокая стабильность установления амплитуд и фаз излучения на волоконной матрице, и тем самым обеспечивается стабильность заданного распределения интенсивности в плоскости фокусировки (рис. 1). Формирование пучков заданной формы (рис. 2) необходимо при решении задач лазерной обработки материалов, транспортировки оптической энергии в атмосфере, организации конфиденциальной беспроводной оптической связи.

Рисунок 1. Формирование распределения интенсивности в виде 3-х пиков. Распределение интенсивности в начальной плоскости (а); распределение фазы в плоскости в градациях серого 0…255 соответствует изменению фазы от 0 до 2π (1 – 253, 2 – 12, 3 – 0, 4 – 255, 5 – 252, 6 – 253, 7 – 12) (b); расчетное распределение интенсивности в фокальной плоскости (c); фазовый экран пространственном световом модуляторе (ПСМ) в соответствии с расчетом (d); фазовый экран на ПСМ с предкомпенсацией аберрации (e); сформированное распределение интенсивности (f).

Рис. 2 Формирование вихревого пучка. Теория (a, b, c), эксперимент (d, e, f); ОУМ = ±1 (b, e), ±2 (c, f)

Публикации:

  1. AksenovP., Dudorov V.V., Kolosov V.V., and Levitsky M.E. Synthesized Vortex Beams in the Turbulent Atmosphere // Frontiers in Physics. 2020. V.8. Article 143. DOI: 10.3389/fphy.2020.00143. Q2.
  2. Патент на изобретение «Способ формирования лазерного пучка с произвольно заданным распределением интенсивности в дальнем оптическом поле и устройство его реализации», Рег. № АААА-Г20-620082890003-0 от 28.08.2020.
  3. Аксенов В.П., Дудоров В.В., Колосов В.В. Атмосферная сингулярная оптика: от дислокаций волнового фронта до синтеза вихревых лазерных пучков // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т.32. №09. С.792–798. DOI: 10.15372/AOO20190911.
  4. Аксенов В.П., Дудоров В.В., Колосов В.В., Филимонов Г.А. Формирование вихревых лазерных пучков с нулевым орбитальным угловым моментом и ненулевым топологическим зарядом // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т.30. №11. С.905–909. DOI: 10.15372/AOO20171101.
  5. Аксенов В.П., Дудоров В.В., Колосов В.В. Особенности вихревых пучков, сформированных матрицей волоконных лазеров, и их распространение в турбулентной атмосфере // Квантовая электроника. Т.46. №7. С.726–732. (Aksenov V.P. et al. Properties of vortex beams formed by an array of fibre lasers and their propagation in a turbulent atmosphere // Quantum Electronics. 2016. V.46. N.8. P.726–732. DOI: 10.1070/QEL16088)
  6. Aksenov V.P., Dudorov V.V., Kolosov V.V. Vortex beam generation based on fiber array combining and propagation through a turbulent atmosphere // Proc. SPIE. V.9979. 997908. DOI: 10.1117/12.2237604.
  7. Aksenov V.P., Dudorov V.V., Kolosov V.V. Statistical characteristics of common and synthesized vortex beams in a turbulent atmosphere // Proc. SPIE. V.10035. 1003 2P. DOI: 10.1117/12.2249488.