Недавно је тим професора Зхао Ионга са Универзитета Нортхеастерн, ванредног истраживача Ву Хана са Универзитета Сечуан, сарадника истраживача Ма Руија са Универзитета Шенжен и професора Ванг Зинана са Универзитета за електронску науку и технологију Кине сарађивао како би оцртао гранични напредак у механизам, карактеристике и примене спектралне контроле ласера са случајним влакнима. Свеобухватно су представили напредак истраживања ласера са насумичном влакном високе спектралне чистоће, ускопојасног излаза, флексибилног подешавања таласне дужине и вишеталасног излаза, укратко сумирали примену насумичних ласера са влакнима заснованих на контроли спектра и радовали се перспективама развоја, истраживања путање, и изазове са којима се суочавају насумични фибер ласери засновани на спектралној контроли.
Као нова врста насумичних ласера, ласер са насумичним влакнима је био истраживачко жариште развијено у последњој деценији. У поређењу са традиционалним ласерима са влакнима са фиксним резонантним структурама шупљина, ласери са насумичним влакнима не захтевају прецизне резонантне структуре шупљина и имају већу слободу структуралног дизајна. Ласери са насумичном влакном имају предности у ефикасности конверзије, усмерености, цени, итд., и могу пружити добру платформу за изградњу различитих облика ласера високих перформанси. Конкретно, ласери са насумичном влакном засновани на различитим медијумима за појачавање имају одличну флексибилност таласне дужине и могу постићи ласерско ласерирање произвољне таласне дужине у опсегу од 1~2,1 µм. Последњих година истраживачи су спровели дубинска теоријска и експериментална истраживања спектралних карактеристика ласера са случајним влакнима. Кроз спектралну регулацију, насумични фибер ласери показују способност високе спектралне чистоће, уског пропусног опсега и излаза са више таласних дужина. Поред тога, ласери са насумичном влакном, са својим јединственим спектралним карактеристикама, имају широку перспективу примене у оптичким комуникацијама, оптичком сензору, сликању без мрља, генерисању суперконтинуума, нелинеарној конверзији фреквенције, изворима ласерске пумпе средњег инфрацрвеног спектра и ласерским вођена инерцијална затворена фузија (слика 1).
Основна истраживања спектралних карактеристика ласера са случајним влакнима
Да би теоријски описали и анализирали спектралне карактеристике ласера са случајним влакнима и истражили њихове физичке законе, истраживачи су предложили модел равнотеже у стационарном стању зависне од спектра, нелинеарни Сцхродингеров модел и модел динамике таласа за прецизну процену излазне снаге. и процес спектралне промене ласера са случајним влакнима. Последњих година, истраживачи су експериментално истражили спектралне статистичке карактеристике ласера са насумичним влакнима, увели разбијање реплике симетрије у ласере са насумичним влакнима и користили методе статистичке анализе засноване на теорији спин стакла да би истражили поремећај и нелинеарне интеракције у ласерима са случајним влакнима.
Ласери са насумичном влакном са одличном флексибилношћу таласне дужине
Корист од различитих механизама појачања, укључујући појачање нелинеарног ефекта трећег реда (као што је стимулисано Раманово расејање и стимулисано Брилоуново расејање) и активно појачање допинга ретке земље (као што су итербијум-, ербијум-, ербијум/итербијум-, бизмут- и активна влакна допирана тумијумом), ласери са насумичним влакнима могу да раде у опсегу 1-2.1 µм. У ласерима са насумичним влакнима који користе фиксне пумпе, комбиновањем подесивих филтера или тачкастих огледала зависних од таласне дужине и променом централне таласне дужине филтера или тачкастих огледала може се постићи равно и ефикасно подешавање таласне дужине у широком опсегу. Поред тога, увођењем тачкастих огледала са програмираним таласном дужином, спектар насумичних ласера са влакнима може се програмирати и континуирано подешавати према пројектованом спектралном облику. Конкретно, за каскадне насумичне ласере са Рамановим влакнима засноване на широкопојасним тачкастим огледалима и повратној спрези повратног расејања, таласна дужина ласера се може континуирано подешавати у великом опсегу директном променом таласне дужине пумпе и снаге пумпе.
Спектрална контрола ласера са случајним влакнима
Каскадни насумични ласери са Рамановим влакнима имају одличну флексибилност таласне дужине. Међутим, током процеса каскадне конверзије, резидуална Стокесова светлост нижег реда ће узроковати смањење спектралне чистоће ласера. Усвајањем новог типа стабилног извора пумпе у временском домену (као што је некохерентно широкопојасно појачано спонтано емисионо пумпање, итербијум-допирано ласерско пумпање насумичних влакана и једнофреквентно ласерско пумпање проширене ширине линије), истраживачи су постигли низ каскадних насумичних Раманових влакана ласери високе спектралне чистоће. С друге стране, под великом снагом пумпе, под утицајем нелинеарних ефеката као што су мешање четири таласа и унакрсна модулација у влакну, излазни спектрални пропусни опсег потпуно отвореног ласера са случајним влакнима је генерално реда неколико нанометара. . Да би се задовољиле потребе извора светлости уске ширине у сценаријима као што су удвостручавање фреквенције ласера високе ефикасности, високо прецизно мерење и кохерентна влакнаста комуникација, ускопојасни ласери са случајним влакнима могу се постићи додавањем различитих тачкастих рефлектора са подесивим спектром. облик и пропусни опсег до насумичне структуре ласерског влакна са полуотвореном шупљином, или коришћењем различитих медија за појачавање (као што је стимулисано Брилуеново расејање) и различитих пасивних влакана (као што су влакна која одржавају поларизацију, влакна са високим распршивањем) и оптимизовањем пумпања шема. Поред тога, излаз на више таласних дужина ласера са насумичним влакнима може се постићи додавањем спектралних филтерских елемената у ласер или коришћењем каскадно стимулисаног Брилуеновог појачања расејања.
Примена насумичних фибер ласера на бази спектралне контроле
Структурни дизајн и флексибилна конверзија таласне дужине ласера са насумичном влакном чине их погоднијим за реализацију ласерског ласера у специјалним опсезима како би се задовољиле потребе апликација као што су појачање дистрибуираног сигнала, детекција влакана са високим односом сигнал-шум, нелинеарна конверзија фреквенције и средња фреквенција. инфрацрвено пумпање. Истовремено, у поређењу са ласерима са влакнима заснованим на резонантним структурама шупљина, доказано је да спектрално безмодни ласери са случајним влакнима имају бољу стабилност временског домена. Због тога ласери са насумичном влакном имају веће предности у сценаријима примене са високим захтевима за стабилност ласерског извора. Поред тога, ниска кохерентност и спектрална управљивост ласера са насумичним влакнима омогућавају им да покажу јединствени потенцијал примене у имиџингу високих перформанси и ласерски вођеној инерцијској фузији ограничавања.
