Nedavno je tim profesora Zhao Yonga sa Univerziteta Northeastern, pomoćnog istraživača Wu Hana sa Univerziteta Sichuan, pomoćnog istraživača Ma Ruija sa Univerziteta Shenzhen i profesora Wang Zinana sa Univerziteta za elektronsku nauku i tehnologiju Kine sarađivao kako bi ocrtao granični napredak u mehanizam, karakteristike i primjene spektralne kontrole lasera sa slučajnim vlaknima. Sveobuhvatno su predstavili napredak istraživanja nasumičnih vlaknastih lasera visoke spektralne čistoće, uskopojasnog izlaza, fleksibilnog podešavanja valne dužine i viševalnog izlaza, ukratko sumirali primjenu nasumičnih vlaknastih lasera baziranih na spektralnoj kontroli i radovali se perspektivama razvoja, istraživanja putanje i izazove sa kojima se suočavaju nasumični fiber laseri zasnovani na spektralnoj kontroli.
Kao nova vrsta nasumičnih lasera, nasumični laser s vlaknima je bio istraživačko žarište razvijeno u protekloj deceniji. U poređenju sa tradicionalnim fiber laserima sa fiksnim rezonantnim strukturama šupljina, laseri sa slučajnim vlaknima ne zahtevaju precizne rezonantne strukture šupljina i imaju veću slobodu strukturalnog dizajna. Laseri sa nasumičnom vlaknom imaju prednosti u efikasnosti konverzije, usmjerenosti, cijeni, itd., i mogu pružiti dobru platformu za konstrukciju različitih oblika lasera visokih performansi. Konkretno, laseri sa nasumičnim vlaknima bazirani na različitim medijima za pojačanje imaju odličnu fleksibilnost talasne dužine i mogu postići lasersko laseriranje proizvoljne talasne dužine u opsegu od 1~2,1 µm. Posljednjih godina istraživači su proveli dubinska teorijska i eksperimentalna istraživanja spektralnih karakteristika lasera sa slučajnim vlaknima. Kroz spektralnu regulaciju, nasumični fiber laseri pokazuju sposobnost visoke spektralne čistoće, uskog propusnog opsega i viševalnog izlaza. Osim toga, laseri sa nasumičnim vlaknima, sa svojim jedinstvenim spektralnim karakteristikama, imaju široku perspektivu primjene u optičkim komunikacijama, optičkom senzoru, slikanju bez mrlja, generiranju superkontinuuma, nelinearnoj konverziji frekvencije, izvorima laserske pumpe srednjeg infracrvenog spektra i laserskim vođena inercijalna zatvorena fuzija (slika 1).
Osnovna istraživanja spektralnih karakteristika lasera sa slučajnim vlaknima
Kako bi teoretski opisali i analizirali spektralne karakteristike lasera sa nasumičnom vlaknom i istražili njihove fizičke zakone, istraživači su predložili model ravnoteže u stacionarnom stanju ovisan o spektru, nelinearni Schrödingerov model i model dinamike valova za preciznu procjenu izlazne snage. i proces spektralne promjene nasumičnih vlaknastih lasera. Poslednjih godina, istraživači su eksperimentalno istražili spektralne statističke karakteristike lasera sa nasumičnim vlaknima, uveli razbijanje replike simetrije u nasumične lasere sa vlaknima i koristili metode statističke analize zasnovane na teoriji spin stakla da bi istražili poremećaj i nelinearne interakcije u laserima sa slučajnim vlaknima.
Laseri sa nasumičnom vlaknom sa odličnom fleksibilnošću talasne dužine
Korist od različitih mehanizama pojačanja, uključujući pojačanje nelinearnog efekta trećeg reda (kao što je stimulirano Ramanovo raspršenje i stimulirano Brillouinovo raspršivanje) i aktivno pojačanje rijetkih zemljanih jona (kao što su iterbijum-, erbijum-, erbijum/iterbijum-, bizmut- i aktivna vlakna dopirana tulijem), laseri sa nasumičnim vlaknima mogu raditi u opsegu 1-2.1µm. Kod nasumičnih vlaknastih lasera koji koriste fiksne pumpe, kombinovanjem podesivih filtera ili tačkastih ogledala zavisnih od talasne dužine i promenom centralne talasne dužine filtera ili tačkastih ogledala može se postići ravno i efikasno podešavanje talasne dužine u širokom opsegu. Osim toga, uvođenjem zrcala koja se mogu programirati talasnom dužinom, spektar nasumičnih vlaknastih lasera može se programirati i kontinuirano podešavati prema dizajniranom spektralnom obliku. Konkretno, za kaskadne nasumične lasere s Ramanovim vlaknima baziranim na širokopojasnim tačkastim ogledalima i povratnoj sprezi, talasna dužina lasera se može kontinuirano podešavati u velikom opsegu direktnom promenom talasne dužine pumpe i snage pumpe.
Spektralna kontrola nasumičnih fiber lasera
Kaskadni nasumični Raman laseri imaju odličnu fleksibilnost talasne dužine. Međutim, tokom procesa kaskadne konverzije, rezidualna Stokesova svjetlost nižeg reda će uzrokovati smanjenje spektralne čistoće lasera. Usvajanjem novog tipa stabilnog izvora pumpe u vremenskoj domeni (kao što je nekoherentno širokopojasno pojačano spontano emisiono pumpanje, lasersko pumpanje nasumičnih vlakana dopiranog iterbijem i jednofrekventno lasersko pumpanje proširene širine linije), istraživači su postigli niz kaskadnih nasumičnih Ramanovih vlakana laseri visoke spektralne čistoće. S druge strane, pod velikom snagom pumpe, pod utjecajem nelinearnih efekata kao što su miješanje četiri vala i unakrsna modulacija u vlaknu, izlazni spektralni propusni opseg potpuno otvorenog lasera sa slučajnim vlaknima je općenito reda veličine nekoliko nanometara. . Kako bi se zadovoljile potrebe izvora svjetlosti uske širine u scenarijima kao što su visokoefikasno udvostručavanje frekvencije lasera, visoko precizno mjerenje i koherentna vlaknasta komunikacija, uskopojasni nasumični vlaknasti laseri mogu se postići dodavanjem različitih točkastih reflektora s podesivim spektralnim oblik i propusnost do nasumične strukture laserskog vlakna s poluotvorenom šupljinom, ili korištenjem različitih medija za pojačavanje (kao što je stimulirano Brillouinovo raspršivanje) i različitih pasivnih vlakana (kao što su vlakna koja održavaju polarizaciju, vlakna visokog raspršenja) i optimiziranjem pumpanja shema. Osim toga, izlaz na više talasnih dužina nasumičnih vlaknastih lasera može se postići dodavanjem spektralnih filterskih elemenata laseru ili upotrebom kaskadno stimulisanog Brillouinovog pojačanja rasejanja.
Primena nasumičnih fiber lasera zasnovanih na spektralnoj kontroli
Strukturni dizajn i fleksibilna konverzija talasne dužine lasera sa nasumičnom vlaknom čine ih pogodnijim za realizaciju laserskog lasera u specijalnim opsezima kako bi se zadovoljile potrebe aplikacija kao što su pojačanje distribuiranog signala, prepoznavanje vlakana sa visokim odnosom signal-šum, nelinearna konverzija frekvencije i srednje infracrveno pumpanje. Istovremeno, u poređenju sa laserima sa vlaknima zasnovanim na rezonantnim strukturama šupljina, dokazano je da spektralno bezmodni laseri sa slučajnim vlaknima imaju bolju stabilnost vremenskog domena. Stoga laseri sa nasumičnim vlaknima imaju veće prednosti u scenarijima primjene s visokim zahtjevima za stabilnost laserskog izvora. Osim toga, niska koherentnost i spektralna kontrola lasera sa nasumičnim vlaknima omogućavaju im da pokažu jedinstveni potencijal primjene u snimanju visokih performansi i laserski vođenoj inercijskoj fuziji ograničenja.
