Физики предложили подавлять нежелательные колебания лазерного излучения при помощи оптического резонатора особой формы, в котором свет отражается хаотически. В результате микроскопический хаос при генерации излучения не позволяет развиться крупным флуктуациям, создавая стабильный луч. Исследование опубликовано в журнале Science.

Лазеры высокой мощности применяются во многих областях, начиная от обработки материалов и до хирургических операций. Поддерживать стабильность такого излучения сложно из-за нелинейных эффектов взаимодействия в активной среде лазера — области генерации электромагнитных волн. В результате возникают хаотические флуктуации, которые портят параметры получаемого лазера и уменьшают его эффективность.

Часто в лазерном луче появляются поперечные моды, в то время как идеальный прибор должен создавать только продольные. Можно сделать узкий оптический резонатор, в котором будет возникать лишь небольшое количество поперечных мод, но это ограничивает мощность лазера.

В новой работе ученые из Великобритании, США и Сингапура предложили принципиально иной подход. Они решили, наоборот, максимизировать количество возникающих мод при помощи резонатора в форме буквы D. В таком случае свет внутри отражается хаотически, что подавляет крупномасштабные флуктуации. В результате ученые создали резонатор, который может излучать одновременно на нескольких частотах, и стабильный лазерный луч на выходе. Авторы проводят аналогию с возникновением смерчей: в холмистой местности их образуется гораздо меньше, чем на равнинах.

Ученые пока не смогли добиться хорошей фокусировки излучения такого лазера, однако во многих прикладных задачах этого и не нужно, так как основные параметры в данном случае — интенсивность и постоянство формы пучка, а не пространственная когерентность. Авторы работали с полупроводниковым лазером, но считают, что полученные результаты можно применить к самым разным лазерам.

Они хотят применить результаты своей работы для совершенно других систем с хаотическим и нестабильным поведением.

«Мы стараемся связаться с работающими в других областях учеными, чтобы выяснить, можно ли использовать нашу схему подавления пространственно-временных неустойчивостей в других системах с нелинейной динамикой, — говорит соавтор работы Хуэй Цао из Йельского университета (США). — Фундаментальные уравнения в подобных случаях остаются такими же».