Теоретический анализ фазовой синхронизации ансамбля лазеров с глобальной связью

Рассматривается модель ансамбля волоконных лазеров с глобальной связью, при которой в каждый лазер возвращается одна и та же доля мощности суммарного выходного пучка. Фазовая самосинхронизация ансамбля лазеров позволяет увеличить яркость суммарного пучка выходного излучения без использования устройств управления фазами выходных пучков, сильно усложняющих систему. Разброс оптических длин волоконных лазеров составляет сотни и более длин волн и, в рамках теории пустых резонаторов, должен приводить к быстрому падению полной мощности с ростом числа лазеров. Наличие активной среды может существенно сгладить это падение за счет самоподстройки длины волны ансамбля лазеров к значению, обеспечивающему максимальное усиление генерирующей моды ансамбля. Оптическая длина каждого элемента считается случайной величиной. На основе вероятностного подхода объясняется увеличение эффективности фазовой синхронизации за счет насыщения коэффициента усиления. Развита итерационная процедура для нахождения выходной мощности ансамбля при условии наличия стационарной фазовой синхронизации. Проведены вычисления для варьируемых значений коэффициента усиления слабого сигнала и доли выходной мощности, используемой для глобальной связи. Показано, что при доле этой мощности ~20 % – 30 % может быть реализована фазовая синхронизация до 20 волоконных лазеров с эффективностью до 70 %.