Πρόσφατα, η ομάδα του καθηγητή Zhao Yong από το Northeastern University, του αναπληρωτή ερευνητή Wu Han από το Πανεπιστήμιο Sichuan, του Associate Researcher Ma Rui από το Πανεπιστήμιο Shenzhen και του καθηγητή Wang Zinan από το Πανεπιστήμιο Ηλεκτρονικής Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας συνεργάστηκαν για να σκιαγραφήσουν την πρόοδο στα σύνορα. ο μηχανισμός, τα χαρακτηριστικά και οι εφαρμογές του φασματικού ελέγχου των τυχαίων λέιζερ ινών. Παρουσίασαν διεξοδικά την ερευνητική πρόοδο των λέιζερ τυχαίων ινών με υψηλή φασματική καθαρότητα, έξοδο στενής ζώνης, ευέλικτο συντονισμό μήκους κύματος και έξοδο πολλαπλών μηκών κύματος, συνόψισαν εν συντομία την εφαρμογή λέιζερ τυχαίων ινών με βάση τον φασματικό έλεγχο και προσβλέπουν στις προοπτικές ανάπτυξης, έρευνα μονοπάτια και προκλήσεις που αντιμετωπίζουν τα τυχαία λέιζερ ινών που βασίζονται στον φασματικό έλεγχο.
Ως νέος τύπος τυχαίου λέιζερ, το λέιζερ τυχαίας ίνας ήταν ένα ερευνητικό hotspot που αναπτύχθηκε την τελευταία δεκαετία. Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά λέιζερ ινών με σταθερές δομές κοιλότητας συντονισμού, τα τυχαία λέιζερ ινών δεν απαιτούν ακριβείς δομές κοιλότητας συντονισμού και έχουν μεγαλύτερη δομική ελευθερία σχεδιασμού. Τα τυχαία λέιζερ ινών έχουν πλεονεκτήματα στην απόδοση μετατροπής, την κατευθυντικότητα, το κόστος κ.λπ., και μπορούν να παρέχουν μια καλή πλατφόρμα για την κατασκευή διαφόρων μορφών λέιζερ υψηλής απόδοσης. Ειδικότερα, τα λέιζερ τυχαίων ινών που βασίζονται σε διαφορετικά μέσα απολαβής έχουν εξαιρετική ευελιξία σε μήκος κύματος και μπορούν να επιτύχουν λέιζερ αυθαίρετου μήκους κύματος στη ζώνη 1~2,1 μm. Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές έχουν διεξαγάγει σε βάθος θεωρητική και πειραματική έρευνα σχετικά με τα φασματικά χαρακτηριστικά των λέιζερ τυχαίων ινών. Μέσω της φασματικής ρύθμισης, τα λέιζερ τυχαίων ινών επιδεικνύουν την ικανότητα υψηλής φασματικής καθαρότητας, στενού εύρους ζώνης και πολλαπλών μηκών κύματος εξόδου. Επιπλέον, τα τυχαία λέιζερ ινών, με τα μοναδικά φασματικά τους χαρακτηριστικά, έχουν ευρείες προοπτικές εφαρμογής σε επικοινωνίες οπτικών ινών, ανίχνευση οπτικών ινών, απεικόνιση χωρίς κηλίδες, παραγωγή υπερσυνεχούς, μη γραμμική μετατροπή συχνότητας, πηγές αντλιών λέιζερ μεσαίου υπέρυθρου και λέιζερ οδηγούμενη αδρανειακή σύντηξη περιορισμού (Εικόνα 1).
Βασική έρευνα για τα φασματικά χαρακτηριστικά των λέιζερ τυχαίων ινών
Προκειμένου να περιγράψουν και να αναλύσουν θεωρητικά τα φασματικά χαρακτηριστικά των λέιζερ τυχαίων ινών και να διερευνήσουν τους φυσικούς νόμους τους, οι ερευνητές πρότειναν ένα μοντέλο ισορροπίας σταθερής κατάστασης ισχύος που εξαρτάται από το φάσμα, ένα μη γραμμικό μοντέλο Schrödinger και ένα μοντέλο κυματικής δυναμικής για την ακριβή αξιολόγηση της ισχύος εξόδου και διαδικασία φασματικής αλλαγής λέιζερ τυχαίων ινών. Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές έχουν εξερευνήσει πειραματικά τα φασματικά στατιστικά χαρακτηριστικά των λέιζερ τυχαίων ινών, εισήγαγαν τη διάσπαση της συμμετρίας αντιγράφου σε τυχαία λέιζερ ινών και χρησιμοποίησαν μεθόδους στατιστικής ανάλυσης βασισμένες στη θεωρία του spin glass για να διερευνήσουν τη διαταραχή και τις μη γραμμικές αλληλεπιδράσεις στα λέιζερ τυχαίων ινών.
Τυχαία λέιζερ ινών με εξαιρετική ευελιξία σε μήκος κύματος
Επωφεληθείτε από διαφορετικούς μηχανισμούς κέρδους, συμπεριλαμβανομένου του κέρδους μη γραμμικού αποτελέσματος τρίτης τάξης (όπως διεγερμένη σκέδαση Raman και διεγερμένη σκέδαση Brillouin) και ενεργό κέρδος ντόπινγκ ιόντων σπάνιων γαιών (όπως υττέρβιο-, έρβιο-, έρβιο/υττέρβιο-, βισμούθιο- και ενεργές ίνες με πρόσμειξη θούλιο), τα τυχαία λέιζερ ινών μπορούν να λειτουργήσουν στη ζώνη 1-2.1μm. Στα τυχαία λέιζερ ινών που χρησιμοποιούν σταθερές αντλίες, ο συνδυασμός ρυθμιζόμενων φίλτρων ή σημειακών κατόπτρων που εξαρτώνται από το μήκος κύματος και η αλλαγή του κεντρικού μήκους κύματος των φίλτρων ή των σημειακών κατόπτρων μπορεί να επιτύχει επίπεδο και αποτελεσματικό συντονισμό μήκους κύματος σε μεγάλο εύρος. Επιπλέον, με την εισαγωγή προγραμματιζόμενων σε μήκος κύματος σημειακών κατόπτρων, το φάσμα των τυχαίων λέιζερ ινών μπορεί να προγραμματιστεί και να συντονιστεί συνεχώς σύμφωνα με το σχεδιασμένο φασματικό σχήμα. Ειδικότερα, για διαδοχικά τυχαία λέιζερ ινών Raman που βασίζονται σε ευρυζωνικά σημειακά κάτοπτρα και ανάδραση οπισθοσκέδασης, το μήκος κύματος λέιζερ μπορεί να συντονιστεί συνεχώς σε μεγάλο εύρος αλλάζοντας απευθείας το μήκος κύματος της αντλίας και την ισχύ της αντλίας.
Φασματικός έλεγχος τυχαίων λέιζερ ινών
Τα διαδοχικά τυχαία λέιζερ ινών Raman έχουν εξαιρετική ευελιξία σε μήκος κύματος. Ωστόσο, κατά τη διαδικασία μετατροπής καταρράκτη, το υπολειπόμενο φως Stokes χαμηλής τάξης θα προκαλέσει μείωση της φασματικής καθαρότητας του λέιζερ. Με την υιοθέτηση ενός νέου τύπου πηγής αντλίας σταθερής στον τομέα του χρόνου (όπως η ασυνάρτητη ευρυζωνική ενισχυμένη αυθόρμητη άντληση εκπομπών, η άντληση λέιζερ με τυχαία ίνα με πρόσμειξη υττερβίου και η άντληση λέιζερ διευρυμένης μονής συχνότητας με διευρυμένο πλάτος γραμμής), οι ερευνητές πέτυχαν μια ποικιλία διαδοχικών τυχαίων ινών Raman λέιζερ με υψηλή φασματική καθαρότητα. Από την άλλη πλευρά, υπό υψηλή ισχύ αντλίας, που επηρεάζεται από μη γραμμικά φαινόμενα όπως η ανάμειξη τεσσάρων κυμάτων και η διασταυρούμενη διαμόρφωση στην ίνα, το φασματικό εύρος ζώνης εξόδου του λέιζερ τυχαίας ίνας πλήρως ανοιχτής κοιλότητας είναι γενικά της τάξης πολλών νανόμετρων . Προκειμένου να καλυφθούν οι ανάγκες πηγών φωτός στενού εύρους γραμμής σε σενάρια όπως ο διπλασιασμός συχνότητας λέιζερ υψηλής απόδοσης, η μέτρηση υψηλής ακρίβειας και η συνεκτική επικοινωνία ινών, μπορούν να επιτευχθούν λέιζερ τυχαίων ινών στενής ζώνης με την προσθήκη διαφόρων σημειακών ανακλαστήρων με ρυθμιζόμενο φάσμα σχήμα και εύρος ζώνης στη δομή λέιζερ τυχαίας ίνας ημι-ανοιχτής κοιλότητας ή με χρήση διαφορετικών μέσων απολαβής (όπως διεγερμένη σκέδαση Brillouin) και διαφορετικών παθητικών ινών (όπως ίνα διατήρησης πόλωσης, ίνα υψηλής σκέδασης) και βελτιστοποίηση της άντλησης σχέδιο. Επιπλέον, η έξοδος πολλαπλών μηκών κύματος τυχαίων λέιζερ ινών μπορεί να επιτευχθεί προσθέτοντας στοιχεία φασματικού φιλτραρίσματος στο λέιζερ ή χρησιμοποιώντας διαδοχικά διεγερμένο κέρδος σκέδασης Brillouin.
Εφαρμογή τυχαίων λέιζερ ινών με βάση φασματικό έλεγχο
Ο δομικός σχεδιασμός και η ευέλικτη μετατροπή μήκους κύματος των τυχαίων λέιζερ ινών τα καθιστούν πιο κατάλληλα για την πραγματοποίηση laser laser σε ειδικές ζώνες για την κάλυψη των αναγκών εφαρμογών όπως η κατανεμημένη ενίσχυση σήματος, η ανίχνευση ινών υψηλής αναλογίας σήματος προς θόρυβο, η μη γραμμική μετατροπή συχνότητας και η μεσαία υπέρυθρη άντληση. Ταυτόχρονα, σε σύγκριση με τα λέιζερ ινών που βασίζονται σε δομές συντονισμένης κοιλότητας, τα φασματικά άμετρα λέιζερ τυχαίων ινών έχουν αποδειχθεί ότι έχουν καλύτερη σταθερότητα στον τομέα του χρόνου. Επομένως, τα τυχαία λέιζερ ινών έχουν μεγαλύτερα πλεονεκτήματα σε σενάρια εφαρμογής με υψηλές απαιτήσεις για σταθερότητα πηγής λέιζερ. Επιπλέον, η χαμηλή συνοχή και η φασματική δυνατότητα ελέγχου των τυχαίων λέιζερ ινών τους επιτρέπουν να επιδεικνύουν μοναδικές δυνατότητες εφαρμογής σε απεικόνιση υψηλής απόδοσης και αδρανειακή σύντηξη περιορισμού που βασίζεται σε λέιζερ.
