Исследователи из Израиля создали микроскопическое оптическое устройство, которое может упростить системы мощных лазеров. Технология эффективно объединяет свет от десятков полупроводниковых лазеров в одном оптическом волокне, сохраняя при этом минимальные потери энергии.
Устройство использует 3D-печатную структуру, известную как фотонный фонарь. Она направляет свет от множества небольших лазеров в одно многомодовое волокно без ухудшения яркости. Исследователи утверждают, что этот подход может помочь отраслям, которые полагаются на мощные волоконные лазеры, включая производство, связь и оборону.
Исследование возглавил аспирант Йоав Дана под руководством профессора Дана М. Марома в Институте прикладной физики Еврейского университета в Иерусалиме. Команда сотрудничала с компанией Civan Lasers при поддержке Израильского управления по инновациям.
Традиционные фотонные фонари объединяют несколько одномодовых входов в один многомодовый волновод. Однако большинство мощных полупроводниковых лазеров работают в нескольких пространственных модах. Это несоответствие долгое время ограничивало эффективность объединения их выходной мощности.
Команда Еврейского университета решила эту проблему, переработав архитектуру фонаря. Их устройство использует новую структуру под названием N-MM фотонный фонарь, которая позволяет нескольким многомодовым лазерам с вертикальным резонатором (VCSEL) напрямую подавать свет в одно многомодовое оптическое волокно.
Команда продемонстрировала фотонные фонари, способные объединять 7, 19 и 37 лазеров VCSEL. Каждый лазер работал в шести пространственных модах. Вместе система поддерживала до 222 пространственных мод, поступающих в одно многомодовое волокно.
Новое оптическое устройство также демонстрирует замечательное уменьшение размеров. Исследователи создали структуру с помощью передовой 3D микро-печати. Весь фотонный фонарь имеет длину менее половины миллиметра.
Даже самая большая конфигурация остается чрезвычайно маленькой - устройство с 37 входами имеет размер всего 470 микрометров. Несмотря на размеры, фонарь демонстрирует высокую эффективность.
Тесты показали потери связи всего -0,6 децибел для 19-входной конструкции. Версия с 37 входами достигла потерь около -0,8 децибел. Эти цифры указывают на очень эффективную передачу света в стандартные 50-микрометровые многомодовые оптические волокна.
Подход демонстрирует масштабируемый метод некогерентного объединения пучков. Вместо принудительной синхронизации фаз лазеров, фонарь просто эффективно объединяет их выходные сигналы.
Такая возможность может помочь инженерам создавать более компактные системы мощных лазеров. Она также может принести пользу волоконным оптическим сетям связи и технологиям зондирования.
Если подход будет масштабироваться дальше, производители смогут объединять сотни полупроводниковых лазеров в одном волоконном канале. Эта возможность значительно увеличит мощность, доставляемую через волоконные лазерные системы, сохраняя при этом компактность оборудования.