Волоконная оптика является одной из интенсивно развивающихся областей современной науки, ее достижения востребованы как во многих научных исследованиях, так и в многих практических приложениях. Одним из наиболее ярких достижений волоконной оптики является создание волоконных лазеров, имеющих самые разнообразные области применения: волоконно-оптические линии связи, медицина, метрология, спектроскопия, промышленная обработка материалов и т.д.
В настоящее время существует большое многообразие различных типов волоконных лазеров: от непрерывных лазеров до фемтосекундных импульсных лазеров, от систем с относительно низкой мощностью для сенсорных и телекоммуникационных приложений до мощных лазеров, имеющих военные и промышленные приложения. Для поддержания постоянного прогресса в лазерных технологиях необходимо детальное исследование основополагающих физических механизмов, лежащих в основе их работы. В настоящее время принципиальную роль здесь играют методы, направленные на описание нелинейных процессов, которые оказывают влияние на свойства излучения. В частности, в волоконной оптике хорошо известно, что различные нелинейные эффекты, такие как четырехволновое смешение и фазовая самомодуляция, приводят к расширению спектра мощной световой волны, распространяющейся в оптическом волноводе. Расширение спектра непрерывного сигнала, как правило, приводит к уменьшению эффективности лазерной генерации, поэтому этот эффект считается нежелательным. С другой стороны, эффект спектрального расширения имеет множество практических применений, например, лежит в основе генерации суперконтинуума — специального оптического сигнала сверхширокого спектра.
Сотрудник канадской телекоммуникационной компании MPB Communications Inc. С. Паперный в некоторых лабораторных экспериментах обнаружил обратное явление — сужение спектра непрерывного сигнала. Неожиданное явление не находило простого с физической точки зрения объяснения и он обратился за помощью к сотрудникам Лаборатории вычислительных технологий Института вычислительных технологий СО РАН. Они на основе анализа ряда математических моделей представили простую теорию обнаруженного нелинейного эффекта — обратного четырехволнового смешения, которая качественно объясняет перераспределение энергии с краев спектра в его центр с последующим сужением. Также на основе результатов численного моделирования они установили необходимые условия для возникновения этого эффекта и оценили степень сужения спектра. Более того, во взаимодействии с канадскими коллегами удалось выяснить, что после нелинейного сужения оптический сигнал устойчиво распространяется в световоде без изменения формы. Это дает принципиально новые возможности по повышению пропускной способности волоконно-оптических линий связи.
Участник исследований А.Е. Беднякова 22 марта 2016 года представила результаты этой работы на семинаре Информационно-вычислительные технологии. Научный результат «Обратное четырехволновое смешение в волоконном световоде», полученный коллективом авторов в составе д.ф.-м.н. Федорука М.П., к.ф.-м.н. Турицына С.К. и к.ф.-м.н. Бедняковой А.Е. был утвержден Ученым советом Института как один из важнейших результатов за 2015 год. Результаты работы, выполненной совместно с соавторами из Канады С. Паперным и В. Клементсом, были опубликованы в престижном научном журнале Nature Photonics (импакт фактор 32).
