Применение комплексных полносвязных нейронных сетей для компенсации нелинейности в волоконно-оптических линиях связи с поляризационным уплотнением каналов

С. А. Богданов, О. С. Сидельников, А. А. Редюк

  • Новосибирский государственный университет
Аннотация: Предложена схема компенсации нелинейных искажений в протяженных волоконно-оптических линиях связи с поляризационным уплотнением каналов, основанная на полносвязных нейронных сетях с комплекснозначной арифметикой. Функция активации разработанной схемы позволяет учитывать нелинейное взаимодействие сигналов разных поляризационных компонент. Проведено сравнение этой схемы с линейной схемой и нейронной сетью, которая обрабатывает сигналы разных поляризаций независимо, и показано превосходство предложенной архитектуры нейронной сети.
Ключевые слова: волоконно-оптические системы связи, нелинейность оптического волокна, полносвязные нейронные сети, поляризационное уплотнение каналов, компенсация нелинейных искажений.
Поступила в редакцию: 26.10.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:12, 1076–1080
Образец цитирования: С. А. Богданов, О. С. Сидельников, А. А. Редюк, “Применение комплексных полносвязных нейронных сетей для компенсации нелинейности в волоконно-оптических линиях связи с поляризационным уплотнением каналов”, Квантовая электроника, 51:12 (2021), 1076–1080 [Quantum Electron., 51:12 (2021), 1076–1080]

Скачать (.pdf)

Суперконтинуум среднего ИК диапазона, инициируемый двухкаскадным ВКР в револьверном световоде, заполненном дейтерием

Ю. П. Яценко, А. В. Гладышев, И. А. Буфетов

  • Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова, г. Москва
Аннотация: Численно исследована генерация когерентного суперконтинуума в области длин волн более 2.4 мкм среднего ИК диапазона, инициируемая двухкаскадным ВКР в револьверном световоде, заполненном дейтерием, при накачке положительно чирпированными пикосекундными импульсами на длине волны 1.03 мкм. Показано, что максимальные эффективности преобразования во вторую стоксову компоненту достигаются на длинах световода, где спектр сильно уширен за счет керровских нелинейных эффектов. Определена область оптимальных параметров (давление дейтерия, длина световода. энергия и длительность импульсов), обеспечивающих квантовую эффективность на уровне 50% и ширину суперконтинуума в области среднего ИК диапазона, превышающую 1000 нм. Установлено, что когерентные свойства суперконтинуума определяются длительностью импульса, величиной его чирпа и дисперсионными характеристиками в каждой зоне пропускания световода. Показана возможность формирования в среднем ИК диапазоне одиночного сжатого импульса с длительностью 20 фс и энергией 1.9 мкДж.
Ключевые слова: световод с полой сердцевиной, чирпированные пикосекундные импульсы, вынужденное комбинационное рассеяние, суперконтинуум.
Поступила в редакцию: 30.09.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:12, 1068–1075
Образец цитирования: Ю. П. Яценко, А. В. Гладышев, И. А. Буфетов, “Суперконтинуум среднего ИК диапазона, инициируемый двухкаскадным ВКР в револьверном световоде, заполненном дейтерием”, Квантовая электроника, 51:12 (2021), 1068–1075 [Quantum Electron., 51:12 (2021), 1068–1075]

Скачать (.pdf)

Генерация высокоэнергетичных одиночных импульсов и импульсных кластеров в волоконных иттербиевых лазерах с квазисинхронной модуляцией мощности накачки

А. В. Иваненко, Б. Н. Нюшков, С. В. Смирнов

  • Новосибирский национальный исследовательский государственный университет
  • Новосибирский государственный технический университет
Аннотация: Исследованы дополнительные возможности разработанного авторами метода квазисинхронной модуляции мощности накачки для наносекундной высокоэнергетичной импульсной генерации в волоконных лазерах с долгоживущим (порядка 1 мс) верхним лазерным уровнем. На примере волоконного Yb-лазера показано, что квазисинхронная модуляция мощности накачки позволяет генерировать не только периодическую последовательность одиночных наносекундных импульсов, но и регулярные импульсные кластеры с контролируемым количеством наносекундных субимпульсов, составляющих кластер. Кроме того, исследованы возможности масштабирования энергии лазерных импульсов, получаемых методом квазисинхронной модуляции мощности накачки, при переходе к использованию активных волокон с двойной оболочкой и более мощных многомодовых источников накачки. В конфигурации лазера с сохранением линейной поляризации излучения получены импульсы с энергией до 430 нДж. Полученные результаты значительно расширяют возможности применения метода квазисинхронной модуляции мощности накачки в традиционных волоконных лазерах на основе вынужденной эмиссии.
Ключевые слова: волоконные лазеры, квазисинхронная модуляция мощности накачки, импульсные кластеры.
Поступила в редакцию: 26.10.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:12, 1061–1067
Образец цитирования: А. В. Иваненко, Б. Н. Нюшков, С. В. Смирнов, “Генерация высокоэнергетичных одиночных импульсов и импульсных кластеров в волоконных иттербиевых лазерах с квазисинхронной модуляцией мощности накачки”, Квантовая электроника, 51:12 (2021), 1061–1067 [Quantum Electron., 51:12 (2021), 1061–1067]

Скачать (.pdf)

Оптимизация эффективности эрбиевого волоконного световода-конуса

М. М. Худяков, А. Е. Левченко, В. В. Вельмискин, К. К. Бобков, С. С. Алёшкина, М. М. Бубнов, М. В. Яшков, А. Н. Гурьянов, Л. В. Котов, М. Е. Лихачёв

  • Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова, г. Москва
  • Институт химии высокочистых веществ им. Г. Г. Девятых РАН, г. Нижний Новгород
  • James C. Wyant College of Optical Science, University of Arizona, USA
Аннотация: Разработан конусный эрбиевый световод с накачкой по оболочке с рекордно большим для эрбиевых световодов диаметром сердцевины (100 мкм) и близким к дифракционно-ограниченному качеством формируемого пучка (M2∼ 1.3). Оптимизация параметров световода-конуса обеспечила высокую (18%) эффективность преобразования излучения накачки с длиной волны 976 нм в излучение сигнала на длине волны 1560 нм.
Ключевые слова: световод-конус, эрбиевый волоконный световод, большое поле моды
Поступила в редакцию: 26.10.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:12, 1056–1060
Образец цитирования: М. М. Худяков, А. Е. Левченко, В. В. Вельмискин, К. К. Бобков, С. С. Алёшкина, М. М. Бубнов, М. В. Яшков, А. Н. Гурьянов, Л. В. Котов, М. Е. Лихачёв, “Оптимизация эффективности эрбиевого волоконного световода-конуса”, Квантовая электроника, 51:12 (2021), 1056–1060 [Quantum Electron., 51:12 (2021), 1056–1060]

Скачать (.pdf)

Одночастотный эрбиевый лазер со случайной распределенной обратной связью на основе неупорядоченных структур, созданных фемтосекундным лазерным излучением

М. И. Скворцов, С. Р. Абдуллина, А. А. Вольф, А. В. Достовалов, А. Е. Чурин, О. Н. Егорова, С. Л. Семёнов, К. В. Проскурина, С. А. Бабин

  • Институт автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск
  • Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, г. Москва
  • Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН, Научный центр волоконной оптики им. Е.М. Дианова, г. Москва
Аннотация: Технология записи структур фемтосекундным лазерным излучением позволяет изготавливать неупорядоченные структуры, способные усиливать интенсивность обратного рэлеевского рассеяния внутри волоконного световода при относительно низких наведенных потерях, что делает актуальным их применение в качестве отражателей в волоконных лазерах. Нами представлен узкополосный эрбиевый лазер со случайной распределенной обратной связью, созданной с применением методики фемтосекундной записи, в конфигурациях с полуоткрытым и кольцевым резонаторами. Для схемы с полуоткрытым резонатором одночастотный режим генерации наблюдался до уровня выходной мощности 2.8 мВт, при этом ширина линии составила около 10 кГц. Для конфигурации, включающей кольцевой резонатор, одночастотный режим наблюдался во всем диапазоне мощности генерации. При максимальной выходной мощности 7 мВт ширина линии не превышала 0.7 кГц.
Ключевые слова: одночастотный волоконный лазер, случайная распределенная обратная связь, фемтосекундная модификация показателя преломления.
Поступила в редакцию: 26.10.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:12, 1051–1055
Образец цитирования: М. И. Скворцов, С. Р. Абдуллина, А. А. Вольф, А. В. Достовалов, А. Е. Чурин, О. Н. Егорова, С. Л. Семёнов, К. В. Проскурина, С. А. Бабин, “Одночастотный эрбиевый лазер со случайной распределенной обратной связью на основе неупорядоченных структур, созданных фемтосекундным лазерным излучением”, Квантовая электроника, 51:12 (2021), 1051–1055 [Quantum Electron., 51:12 (2021), 1051–1055]

Скачать (.pdf)

Лазерный синтез нанокомпозитного углеводородного топлива и КАРС-диагностика пламени его горения

Е. В. Бармина, В. Д. Кобцев, С. А. Кострица, С. Н. Орлов, В. В. Смирнов, М. И. Жильникова, О. В. Уваров, Г. А. Шафеев

  • Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, г. Москва
Аннотация: Проведен анализ диффузионного горения в кислороде композитного топлива, образованного добавлением наночастиц (НЧ) алюминия в изопропанол. Процесс получения НЧ Al состоял в лазерной фрагментации первоначально крупных промышленных НЧ с помощью излучения импульсного неодимового лазера наносекундной длительности. Распределение НЧ Al по размерам определялось с помощью измерительной дисковой центрифуги. Средний размер наночастиц составил 20 нм, что подтверждается данными просвечивающей электронной микроскопии. Для экспериментального исследования диффузионного горения композитного топлива использовалась диагностическая система на основе когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС). Были измерены распределения температуры в двух взаимно ортогональных направлениях (вдоль пламени и в поперечном направлении) в чистом изопропаноле и изопропаноле с добавлением 0.15% по массе наночастиц Al.
Ключевые слова: углеводороды и композитные топлива, лазерная фрагментация, наночастицы алюминия.
Поступила в редакцию: 30.09.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2022, 52:1, 100–104
Образец цитирования: Е. В. Бармина, В. Д. Кобцев, С. А. Кострица, С. Н. Орлов, В. В. Смирнов, М. И. Жильникова, О. В. Уваров, Г. А. Шафеев, “Лазерный синтез нанокомпозитного углеводородного топлива и КАРС-диагностика пламени его горения”, Квантовая электроника, 52:1 (2022), 100–104 [Quantum Electron., 52:1 (2022), 100–104]

Люминесцентные волоконно-оптические датчики на основе нанолюминофоров YAG : R3+ (R = Ce, Dy, Yb) для измерения температуры в диапазоне 20–500 °C

С. К. Евстропьев, В. В. Демидов, Д. В. Булыга, Р. В. Садовничий, Г. А. Пчелкин, Д. Н. Шурупов, Ю. Ф. Подрухин, А. С. Матросова, Н. В. Никоноров, К. В. Дукельский

  • Государственный оптический институт им. С. И. Вавилова
  • Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики
  • Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
  • Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет)
  • Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича
  • Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Аннотация: Приведены данные о разработке группы люминесцентных волоконно-оптических датчиков (ВОД) температуры, использующих в качестве термочувствительного материала нанолюминофоры алюмоиттриевого граната (YAG), легированного ионами трехвалентных церия (Ce3+), диспрозия (Dy3+) и иттербия (Yb3+). Нанолюминофоры получены полимерно-солевым методом в виде порошков с размерами кристаллов 19–27 нм и обладают интенсивной люминесценцией на длинах волн λ = 550 нм (YAG : Ce3+), 400 и 480 нм (YAG : Dy3+) и 1030 нм (YAG : Yb3+). Конструкция датчика содержит кварцевый капилляр, частично заполненный нанолюминофором, и два высокоапертурных многомодовых волоконных световода, помещенных внутрь капилляра и осуществляющих подвод возбуждающего люминесценцию излучения, а также прием и передачу сигнала фотолюминесценции. Все датчики демонстрируют экспоненциально спадающую зависимость амплитуды сигнала фотолюминесценции от температуры, что свидетельствует о характерном температурном тушении фотолюминесценции и корректной работе устройств до температуры 500 °C. Максимальной температурной чувствительностью из рассмотренных ВОД обладают устройства на основе нанолюминофора YAG : Ce3+.
Ключевые слова: волоконно-оптический датчик, температура, капилляр, многомодовый волоконный световод, нанолюминофор, алюмоиттриевый гранат, церий, диспрозий, иттербий, фотолюминесценция, чувствительность.
Поступила в редакцию: 28.10.2021
Исправленный вариант: 12.11.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2022, 52:1, 94–99
Образец цитирования: С. К. Евстропьев, В. В. Демидов, Д. В. Булыга, Р. В. Садовничий, Г. А. Пчелкин, Д. Н. Шурупов, Ю. Ф. Подрухин, А. С. Матросова, Н. В. Никоноров, К. В. Дукельский, “Люминесцентные волоконно-оптические датчики на основе нанолюминофоров YAG : R3+ (R = Ce, Dy, Yb) для измерения температуры в диапазоне 20–500 °C”, Квантовая электроника, 52:1 (2022), 94–99 [Quantum Electron., 52:1 (2022), 94–99]

Влияние анизотропии одномодового волокна на вызванное ударами молний вращение поляризации светового сигнала в оптическом кабеле грозотроса

Д. В. Горбатов, В. А. Конышев, Т. О. Лукиных, О. Е. Наний, А. Г. Новиков, В. Н. Трещиков, Р. Р. Убайдуллаев

  • ООО «Т8», г. Москва
  • Физический факультет, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
  • Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН
Аннотация: Построена численная модель для расчета вызванных ударами молний быстрых изменений состояния поляризации светового сигнала на выходе волоконно-оптической линии связи с оптическим кабелем в грозотросе. Показано, что учет анизотропии реальных оптических волокон оказывает заметное влияние на форму временной зависимости скорости изменения состояния поляризации. Установлено, что максимальная скорость изменения состояния поляризации и его временной профиль зависят от места удара молнии в волоконном пролете, величины анизотропии волокна и направления распространения световой волны.
Ключевые слова: ВОЛС, ОКГТ, удар молнии, высоковольтная линия электропередачи, оптический грозотрос, эффект Фарадея, стандартное одномодовое волокно, анизотропия оптического волокна, когерентная линия передачи, скорость вращения состояния поляризации, состояние поляризации, коэффициент ошибок.
Поступила в редакцию: 18.10.2021
Исправленный вариант: 10.11.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2022, 52:1, 87–93
Образец цитирования: Д. В. Горбатов, В. А. Конышев, Т. О. Лукиных, О. Е. Наний, А. Г. Новиков, В. Н. Трещиков, Р. Р. Убайдуллаев, “Влияние анизотропии одномодового волокна на вызванное ударами молний вращение поляризации светового сигнала в оптическом кабеле грозотроса”, Квантовая электроника, 52:1 (2022), 87–93 [Quantum Electron., 52:1 (2022), 87–93]

Инактивация коронавирусов под действием излучения светодиодов UVA-диапазона

И. Н. Завестовская, В. А. Гущин, Л. И. Руссу, Е. А. Чешев, А. Л. Коромыслов, И. М. Тупицын, А. А. Фроня, М. С. Григорьева

  • Физический институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наук, г. Москва
  • Нацио­нальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Рос­сия, Москва
  • Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи, Россия, Москва
Аннотация: Представлены результаты работы по созданию опытного стенда на основе UVA-светодиодов с длинами волн излучения 385 и 395 нм для проведения экспериментальных исследований по инактивации вирусов семейства «коронавирусы», в том числе SARS-CoV-2, а также методические основания определения дозы инактивации, обеспечивающей заданное снижение титра вируса под действием UVA-излучения. Исследовано влияние расходимости излучения диодов на процесс фотоинактивации вируса. Показано, что UVA-светодиоды могут быть использованы для снижения титра вируса до 4 порядков.
Ключевые слова: ультрафиолетовое излучение, светодиод, коронавирусы, бычий коронавирус
Поступила в редакцию: 12.10.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2022, 52:1, 83–86
Образец цитирования: И. Н. Завестовская, В. А. Гущин, Л. И. Руссу, Е. А. Чешев, А. Л. Коромыслов, И. М. Тупицын, А. А. Фроня, М. С. Григорьева, “Инактивация коронавирусов под действием излучения светодиодов UVA-диапазона”, Квантовая электроника, 52:1 (2022), 83–86 [Quantum Electron., 52:1 (2022), 83–86]

Оценка минимальной мощности лазерного излучения с длинами волн 1.47, 1.56 и 1.68 мкм для эффективной облитерации варикозных вен

Н. Ю. Игнатьева, О. Л. Захаркина, А. П. Свиридов, К. В. Мазайшвили, А. Б. Шехтер

  • Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, химический факультет
  • Институт фотонных технологий, ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, Россия, Москва, Троицк
  • Медицинский институт, Сургутский государственный университет ХМАО – Югры, Россия, Ханты-Мансийский автономный округ – Югра, Сургут
  • Институт регенеративной медицины, Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М.Сеченова (Сеченовский университет), Россия, Москва
Аннотация: В экспериментах, моделирующих эндовенозную лазерную облитерацию (ЭВЛО), определены мощности лазерного излучения Pc, при которых во всей толщине венозной стенки происходит денатурация коллагена, некроз ткани и гибель vasa vasorum (сосуды сосудов) и в то же время отсутствует излишний нагрев окружающих тканей. Основным критерием для определения Pc явилось достижение 100%-ной денатурации белков венозной стенки, подтвержденное морфологическими и калориметрическими исследованиями. Для лазерных излучений с длинами волн 1.47, 1.56 и 1.68 мкм значения Pc оказались равными 6.0 ± 0.2, 5.0 ± 0.2 и 6.0 ± 0.2 Вт соответственно. Установлено, что для всех рассмотренных длин волн при мощности Pc температура внешней поверхности венозной стенки достигает 91± 2 °C. Мы связываем зависимость Pc от длины волны излучения с образованием коагулята у торца оптического волокна, движущегося в заполненном кровью сосуде. Достижение температуры, необходимой для образования коагулята, определяется протекающими одновременно процессами поглощения энергии и ее диссипации в виде тепла. Интенсивность этих процессов усиливается при увеличении коэффициента поглощения среды. Предложен механизм для объяснения взаимосвязи между Pc и длиной волны лазерного излучения, основанный на влиянии коэффициента поглощения среды (крови) на температуру вблизи торца оптического волокна.
Ключевые слова: лазерный нагрев, поглощение и диссипация энергии, венозная стенка, денатурация коллагена, облитерация варикозных вен
Поступила в редакцию: 01.09.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2022, 52:1, 78–82
Образец цитирования: Н. Ю. Игнатьева, О. Л. Захаркина, А. П. Свиридов, К. В. Мазайшвили, А. Б. Шехтер, “Оценка минимальной мощности лазерного излучения с длинами волн 1.47, 1.56 и 1.68 мкм для эффективной облитерации варикозных вен”, Квантовая электроника, 52:1 (2022), 78–82 [Quantum Electron., 52:1 (2022), 78–82]