Достижения в области лазерных технологий: характеризация сверхширокополосных импульсов, распознавание на основе мультисенсорного слияния данных, модуляция с использованием тонких пленок VO₂, каскадирование с разнесением в системах Φ-OTDR и источники длинноволнового инфракрасного излучения 

Достижения в области лазерных технологий: характеризация сверхширокополосных импульсов, распознавание на основе мультисенсорного слияния данных, модуляция с использованием тонких пленок VO₂, каскадирование с разнесением в системах Φ-OTDR и источники длинноволнового инфракрасного излучения

**Двухэтапная стратегия «спектральная коррекция — усечение и реконструкция» обеспечивает точное восстановление сверхширокополосных лазерных импульсов**

Широкополосные сверхкороткие лазерные импульсы служат ключевым инструментом в таких передовых областях, как оптическая когерентная томография, физика сильных полей и аттосекундная наука; таким образом, точная и полная характеризация их временных профилей является критически важным условием для их практического применения. Группа исследователей под руководством Чжу Цзяньцяна из Объединенной лаборатории физики мощных лазеров предложила метод спектральной коррекции и усечения трасс (SCTT). Этот метод сочетает в себе корректирующее воздействие функций спектральной фильтрации на измеренные сигналы с возможностями реконструкции импульсов, обеспечиваемыми многосеточным параллельным итерационным алгоритмом фазового восстановления для неполных трасс. Выполнив двухэтапную операцию «спектральная коррекция — усечение и реконструкция», команда добилась точного восстановления сверхширокополосных импульсов, тем самым открыв новый путь для их прецизионной характеризации. Соответствующие результаты исследований были опубликованы в журнале *Optics and Lasers in Engineering*.

Мониторинг глубины сварочной ванны в процессе лазерной сварки стал критически важным звеном в обеспечении структурной безопасности и эксплуатационной надежности изделий. С целью повышения точности распознавания параметров в режиме реального времени группа под руководством Ян Шанлу из Центра исследований и разработок технологий интеллектуального лазерного производства (Департамент высокотехнологичного оптоэлектронного оборудования) создала платформу мониторинга на основе мультисенсорного слияния данных. Эта платформа одновременно регистрирует акустические сигналы, спектры излучения плазмы и изображения сварочной ванны в процессе сварки, формируя мультимодальный набор данных, охватывающий четыре различных состояния глубины сварочной ванны. Опираясь на эту основу, команда предложила инновационную гибридную модельную структуру — получившую название Fusion-XGBNet, — которая сочетает в себе нейронную сеть (НС) и алгоритм экстремального градиентного бустинга (XGBoost). Данная модель использует нейронную сеть для автоматического извлечения признаков и глубокого слияния исходных данных из различных источников, в то же время задействуя модель XGBoost для эффективной классификации полученных объединенных признаков. В конечном итоге, благодаря адаптивной стратегии, эта структура реализует процесс совместного принятия решений, основанный на выходных данных обеих моделей, тем самым преодолевая традиционную зависимость от ручного конструирования признаков. Соответствующие результаты исследований были опубликованы в журнале *Optics & Laser Technology*.

В области применения лазерной защиты тонкие пленки из диоксида ванадия (VO₂) сталкиваются с такими проблемами, как низкое пропускание при комнатной температуре и недостаточная глубина модуляции при переходе между высоко- и низкотемпературными состояниями. Группа исследователей под руководством Ван Цзюня с кафедры передовых междисциплинарных исследований в области оптоэлектроники предложила метод изготовления, сочетающий магнетронное распыление с последующим отжигом; это позволило успешно реализовать управляемое получение и оптимизацию рабочих характеристик тонких пленок VO₂(M1). После оптимизации методом отжига глубина оптической модуляции, индуцированной лазерным излучением, в среднем инфракрасном диапазоне (3,8 мкм) увеличилась в три раза по сравнению с показателями до отжига, а способность к оптической модуляции, индуцированной нагревом, в том же диапазоне достигла уровня, в 12,5 раза превышающего исходный. Процесс отжига позволил эффективно решить проблемы, связанные с контролем фазовой чистоты и регулированием дефектных состояний в тонких пленках VO₂, способствуя преимущественному росту зерен и устранению кислородных вакансий. Полученные тонкие пленки обладают рядом явных преимуществ — в частности, большой глубиной модуляции и высоким пропусканием при комнатной температуре в среднем инфракрасном диапазоне, — тем самым обеспечивая материальную основу и техническую поддержку для разработки нового поколения широкополосных устройств лазерной защиты. Результаты этих исследований были опубликованы в журнале *RSC Advances*.

Технология фазочувствительной оптической рефлектометрии во временной области (Φ-OTDR) обладает широкими перспективами применения в таких областях, как морская акустика, геофизическая разведка и охрана периметра, благодаря своей высокой чувствительности и обширным возможностям построения сетевых систем. Однако традиционные системы ограничены такими факторами, как слабое рэлеевское обратное рассеяние, потери при передаче в оптическом волокне, интерференционное замирание и нелинейные эффекты, что затрудняет одновременное достижение большой дальности передачи сигнала и высокой точности его детектирования (с высоким отношением сигнал/шум). Для решения этих проблем группа исследователей под руководством Гао Кана и Ван Чжаоюна с кафедры аэрокосмических лазерных технологий и систем предложила инновационный подход, основанный на каскадном объединении четырех методов разнесения — по длине волны, частоте, времени и пространству. Это позволило реализовать крупномасштабное комбинирование сигналов с разнесением по 1440 каналам без существенного усложнения аппаратной части системы. Результаты экспериментов демонстрируют, что система достигла среднего уровня шума -77,4 дБ на частоте 500 Гц при дальности зондирования 20 км — что соответствует улучшению отношения сигнал/шум (SNR) на 28,5 дБ по сравнению с традиционными системами Φ-OTDR, — одновременно успешно демодулируя сигнал внешнего возмущения частотой 100 Гц, локализованный на расстоянии 70,63 км. Эта технология открывает эффективный технический путь для создания высокопроизводительных систем распределенного акустического зондирования большой дальности; ожидается, что она будет способствовать их внедрению в таких областях, как мониторинг морской безопасности и разведка геологических ресурсов. Результаты этих исследований были опубликованы в журнале *Optics Express*.

В настоящее время лазеры дальнего инфракрасного диапазона сталкиваются с критическим ограничением: сложностью одновременного достижения как высокой частоты повторения импульсов, так и высокой пиковой интенсивности. Более того, из-за дефицита высокочувствительных детекторов точное измерение их пространственно-временных характеристик сопряжено со значительными техническими трудностями. В ответ на этот вызов исследовательская группа под руководством профессоров Сун Ливэя и Тянь Е из Государственной ключевой лаборатории физики и технологий мощных лазерных полей успешно продемонстрировала генерацию перестраиваемых лазерных импульсов дальнего инфракрасного диапазона (LWIR) с высокой частотой повторения и высокой пиковой мощностью. Работая на высокой частоте повторения 50 кГц, этот источник света генерировал излучение в дальнем ИК-диапазоне с центральной длиной волны 10 мкм, характеризующееся длительностью импульса 121 фс, пиковой напряженностью электрического поля 14,8 МВ/см и средней мощностью около 12 мВт, охватывая диапазон перестройки 12,5 мкм. Что касается характеризации импульсов, группа предложила метод нелинейной оптической визуализации, основанный на четырехволновом смешении в тонкой кремниевой пленке; используя детекторы на основе кремния, исследователи добились высокоточной диагностики параметров импульсов, которые ранее было сложно измерить напрямую. Благодаря интеграции двумерной спектральной визуализации с технологией кросс-корреляционного частотно-разрешенного оптического стробирования (XFROG), группа успешно выполнила точную реконструкцию импульсов длительностью 121 фс — включая их спектральную ширину и распределение фаз — достигнув точности измерений, соответствующей режиму «нескольких циклов». Результаты этих исследований были опубликованы в журнале *Laser & Photonics Reviews*.