Nylig har teamet til professor Zhao Yong fra Northeastern University, førsteamanuensis Wu Han fra Sichuan University, førsteamanuensis Ma Rui fra Shenzhen University og professor Wang Zinan fra University of Electronic Science and Technology i Kina samarbeidet for å skissere grensefremgangen i mekanismen, egenskapene og anvendelsene av spektral kontroll av tilfeldige fiberlasere. De introduserte omfattende forskningsfremgangen til tilfeldige fiberlasere med høy spektral renhet, smalbåndsutgang, fleksibel bølgelengdeinnstilling og multibølgelengdeutgang, oppsummerte kort bruken av tilfeldige fiberlasere basert på spektralkontroll, og så frem til utviklingsutsiktene, forskning stier og utfordringer som tilfeldige fiberlasere møter basert på spektralkontroll.
Som en ny type tilfeldig laser har tilfeldig fiberlaser vært et forskningshotspot utviklet det siste tiåret. Sammenlignet med tradisjonelle fiberlasere med faste resonanskavitetsstrukturer, krever tilfeldige fiberlasere ikke presise resonanshulromsstrukturer og har høyere strukturell designfrihet. Tilfeldige fiberlasere har fordeler i konverteringseffektivitet, retningsbestemthet, kostnad osv., og kan gi en god plattform for konstruksjon av ulike former for høyytelseslasere. Spesielt tilfeldige fiberlasere basert på forskjellige forsterkningsmedier har utmerket bølgelengdefleksibilitet og kan oppnå vilkårlig bølgelengdelaser i 1~2,1µm-båndet. De siste årene har forskere utført dyptgående teoretisk og eksperimentell forskning på de spektrale egenskapene til tilfeldige fiberlasere. Gjennom spektral regulering demonstrerer tilfeldige fiberlasere evnen til høy spektral renhet, smal båndbredde og multi-bølgelengdeutgang. I tillegg har tilfeldige fiberlasere, med sine unike spektrale egenskaper, brede bruksmuligheter innen fiberoptisk kommunikasjon, fiberoptisk sensing, flekkfri bildebehandling, superkontinuumgenerering, ikke-lineær frekvenskonvertering, mid-infrarøde laserpumpekilder og laser- drevet treghetsinneslutningsfusjon (figur 1).
Grunnleggende forskning på de spektrale egenskapene til tilfeldige fiberlasere
For teoretisk å beskrive og analysere de spektrale egenskapene til tilfeldige fiberlasere og utforske deres fysiske lover, har forskere foreslått en spektrumavhengig effekt steady-state likevektsmodell, en ikke-lineær Schrödinger-modell og en bølgedynamikkmodell for nøyaktig å evaluere utgangseffekten og spektral endringsprosess for tilfeldige fiberlasere. De siste årene har forskere eksperimentelt utforsket de spektrale statistiske egenskapene til tilfeldige fiberlasere, introdusert replikasymmetri som bryter inn i tilfeldige fiberlasere, og brukt statistiske analysemetoder basert på spinnglassteori for å utforske forstyrrelsen og ikke-lineære interaksjoner i tilfeldige fiberlasere.
Tilfeldige fiberlasere med utmerket bølgelengdefleksibilitet
Dra nytte av forskjellige forsterkningsmekanismer, inkludert tredje-ordens ikke-lineær effektforsterkning (som stimulert Raman-spredning og stimulert Brillouin-spredning) og sjeldne jordarters ion-doping aktiv gevinst (som ytterbium-, erbium-, erbium/ytterbium-, vismut- og thulium-dopet aktive fibre), kan tilfeldige fiberlasere operere i 1-2.1µm-båndet. I tilfeldige fiberlasere som bruker faste pumper, kan kombinasjon av avstembare filtre eller bølgelengdeavhengige punktspeil og endring av senterbølgelengden til filtrene eller punktspeilene oppnå flat og effektiv bølgelengdeinnstilling over et bredt område. I tillegg, ved å introdusere bølgelengdeprogrammerbare punktspeil, kan spekteret til tilfeldige fiberlasere programmeres og kontinuerlig justeres i henhold til den utformede spektralformen. Spesielt for kaskadede tilfeldige Raman-fiberlasere basert på bredbåndspunktspeil og tilbakemeldinger med spredning, kan laserbølgelengden kontinuerlig justeres over et stort område ved direkte å endre pumpens bølgelengde og pumpeeffekt.
Spektralkontroll av tilfeldige fiberlasere
Kaskaderte tilfeldige Raman-fiberlasere har utmerket bølgelengdefleksibilitet. Under kaskadekonverteringsprosessen vil imidlertid det gjenværende Stokes-lyset av lav orden føre til at laserens spektrale renhet reduseres. Ved å ta i bruk en ny type tidsdomene stabil pumpekilde (som inkoherent bredbåndsforsterket spontanemisjonspumping, ytterbium-dopet tilfeldig fiberlaserpumping og linjebreddeutvidet enkeltfrekvenslaserpumping), har forskere oppnådd en rekke kaskadede tilfeldige Raman-fiber. lasere med høy spektral renhet. På den annen side, under høy pumpeeffekt, påvirket av ikke-lineære effekter som firebølgeblanding og kryssfasemodulasjon i fiberen, er utgangsspektralbåndbredden til den tilfeldige fiberlaseren med fullt åpent hulrom generelt i størrelsesorden flere nanometer . For å møte behovene til lyskilder med smal linjebredde i scenarier som høyeffektiv laserfrekvensdobling, høypresisjonsmåling og koherent fiberkommunikasjon, kan smalbånds tilfeldige fiberlasere oppnås ved å legge til ulike punktreflektorer med justerbar spektral. form og båndbredde til den tilfeldige fiberlaserstrukturen med semi-åpne hulrom, eller ved å bruke forskjellige forsterkningsmedier (som stimulert Brillouin-spredning) og forskjellige passive fibre (som polarisasjonsvedlikeholdende fiber, høyspredningsfiber) og optimalisere pumpingen ordningen. I tillegg kan multibølgelengdeutgang fra tilfeldige fiberlasere oppnås ved å legge til spektrale filtreringselementer til laseren eller bruke kaskadestimulert Brillouin-spredningsforsterkning.
Anvendelse av tilfeldige fiberlasere basert på spektralkontroll
Den strukturelle utformingen og den fleksible bølgelengdekonverteringen av tilfeldige fiberlasere gjør dem mer egnet for å realisere laserlasering i spesielle bånd for å møte behovene til applikasjoner som distribuert signalforsterkning, fiberføling med høyt signal-til-støyforhold, ikke-lineær frekvenskonvertering og mid- infrarød pumping. Samtidig, sammenlignet med fiberlasere basert på resonanshulromstrukturer, har spektralt modellløse tilfeldige fiberlasere vist seg å ha bedre tidsdomenestabilitet. Derfor har tilfeldige fiberlasere større fordeler i bruksscenarier med høye krav til laserkildestabilitet. I tillegg gjør den lave koherensen og spektrale kontrollerbarheten til tilfeldige fiberlasere dem i stand til å vise et unikt brukspotensiale innen høyytelsesavbildning og laserdrevet treghetsbegrensningsfusjon.
