A közelmúltban Zhao Yong professzor az Északkeleti Egyetemről, Wu Han kutatótárs a Szecsuáni Egyetemről, Ma Rui társkutató a Shenzhen Egyetemről és Wang Zinan professzor a Kínai Elektronikai Tudományos és Technológiai Egyetemről együttműködve felvázolták a határon túli előrehaladást véletlenszerű szálas lézerek spektrális szabályozásának mechanizmusa, jellemzői és alkalmazásai. Átfogóan bemutatták a nagy spektrális tisztaságú, keskeny sávú kimenettel, rugalmas hullámhossz hangolással és több hullámhosszú kimenettel rendelkező random szálas lézerek kutatási előrehaladását, röviden összefoglalták a spektrális szabályozáson alapuló véletlenszerű szálas lézerek alkalmazását, és várakozással tekintettek a fejlesztési kilátások, kutatások elé. utak és kihívások, amelyekkel a spektrális szabályozáson alapuló véletlenszerű szálas lézerek szembesülnek.
Mint a véletlenszerű lézer új típusa, a véletlenszerű szálas lézer az elmúlt évtizedben kifejlesztett kutatási hotspot volt. A fix rezonáns üreges szerkezetű hagyományos szálas lézerekhez képest a véletlenszerű szálas lézerek nem igényelnek precíz rezonáns üregszerkezeteket, és nagyobb szerkezeti tervezési szabadsággal rendelkeznek. A véletlenszerű szálas lézerek előnyei a konverziós hatékonyság, az irányultság, a költségek stb. terén vannak, és jó platformot jelenthetnek a nagy teljesítményű lézerek különféle formáinak felépítéséhez. Különösen a különböző erősítési közegeken alapuló véletlenszerű szálas lézerek kiváló hullámhossz-rugalmassággal rendelkeznek, és tetszőleges hullámhosszú lézeres lézerezést tudnak elérni az 1-2,1 µm-es sávban. Az elmúlt években a kutatók mélyreható elméleti és kísérleti kutatásokat végeztek a véletlenszerű szálas lézerek spektrális jellemzőiről. A spektrális szabályozás révén a véletlenszerű szálas lézerek nagy spektrális tisztaságú, szűk sávszélességet és több hullámhosszú kimenetet mutatnak be. Ezenkívül a véletlenszerű szálas lézerek egyedi spektrális jellemzőikkel széles körű alkalmazási lehetőségeket kínálnak a száloptikai kommunikációban, a száloptikai érzékelésben, a foltmentes képalkotásban, a szuperkontinuum generálásban, a nemlineáris frekvenciakonverzióban, a közép-infravörös lézerszivattyús forrásokban és a lézer- hajtott inerciális bezárt fúzió (1. ábra).
Véletlenszerű szálas lézerek spektrális jellemzőinek alapkutatása
A véletlenszerű szálas lézerek spektrális jellemzőinek elméleti leírása és elemzése, valamint fizikai törvényeik feltárása érdekében a kutatók egy spektrumfüggő teljesítmény-egyensúlyi modellt, egy nemlineáris Schrödinger-modellt és egy hullámdinamikai modellt javasoltak a kimeneti teljesítmény pontos értékelésére. és véletlenszerű szálas lézerek spektrális változási folyamata. Az elmúlt években a kutatók kísérletileg tárták fel a véletlenszerű szálas lézerek spektrális statisztikai jellemzőit, bevezették a véletlenszerű szálas lézerekbe replikaszimmetriát, és a spinüveg elméleten alapuló statisztikai elemzési módszereket alkalmaztak a véletlenszerű szálas lézerek rendellenességeinek és nemlineáris kölcsönhatásainak feltárására.
Véletlenszerű szálas lézerek kiváló hullámhossz-rugalmassággal
Különböző erősítési mechanizmusok előnyeit élvezik, beleértve a harmadrendű nemlineáris hatáserősítést (például a stimulált Raman-szórást és a stimulált Brillouin-szórást) és a ritkaföldfém-ion-dopping aktív erősítést (mint például az itterbium-, erbium-, erbium/ytterbium-, bizmut- és túliummal adalékolt aktív szálak), a véletlenszerű szálas lézerek a 1-2.1µm sávban működhetnek. Rögzített szivattyúkat használó véletlenszerű szálas lézereknél hangolható szűrők vagy hullámhossz-függő ponttükrök kombinálásával és a szűrők vagy ponttükrök középső hullámhosszának megváltoztatásával széles tartományban lapos és hatékony hullámhossz-hangolás érhető el. Emellett a hullámhosszon programozható ponttükrök bevezetésével a véletlenszerű szálas lézerek spektruma programozható és folyamatosan hangolható a tervezett spektrális alaknak megfelelően. Különösen a szélessávú ponttükrökön és visszaszórásos visszacsatoláson alapuló kaszkádos véletlenszerű Raman-szálas lézereknél a lézer hullámhossza folyamatosan hangolható nagy tartományban a szivattyú hullámhosszának és a szivattyú teljesítményének közvetlen megváltoztatásával.
Véletlenszerű szálas lézerek spektrális vezérlése
A kaszkádos véletlenszerű Raman szálas lézerek kiváló hullámhossz-rugalmassággal rendelkeznek. A kaszkádkonverziós folyamat során azonban a maradék alacsony rendű Stokes-fény a lézer spektrális tisztaságát csökkenti. Egy új típusú, időtartományban stabil szivattyúforrás (például inkoherens szélessávú, erősített spontán emissziós szivattyúzás, itterbiummal adalékolt véletlenszerű szálas lézeres pumpálás és vonalszélességű, egyfrekvenciás lézeres szivattyúzás) alkalmazásával a kutatók számos lépcsőzetes véletlenszerű Raman szálat hoztak létre. nagy spektrális tisztaságú lézerek. Másrészt, nagy szivattyúteljesítmény mellett, amelyet nemlineáris hatások, például négyhullámú keveredés és keresztfázisú moduláció befolyásolnak a szálban, a teljesen nyitott üregű véletlenszerű szálas lézer kimeneti spektrális sávszélessége általában több nanométer nagyságrendű. . A keskeny vonalszélességű fényforrások igényeinek kielégítése érdekében olyan forgatókönyvekben, mint a nagy hatékonyságú lézerfrekvencia-kettőzés, a nagy pontosságú mérés és a koherens szálas kommunikáció, keskeny sávú véletlenszerű szálas lézerek érhetők el különféle, állítható spektrummal rendelkező pontreflektorok hozzáadásával. alakja és sávszélessége a félig nyitott üregű véletlenszerű szálas lézerszerkezethez, vagy különböző erősítési közegek (például stimulált Brillouin-szórás) és különböző passzív szálak (például polarizációt fenntartó szál, nagy szóródású szál) használatával és a szivattyúzás optimalizálásával rendszer. Ezenkívül a véletlenszerű szálas lézerek több hullámhosszú kimenete elérhető spektrális szűrőelemek lézerhez való hozzáadásával vagy kaszkádos stimulált Brillouin-szórási erősítéssel.
Spektrális szabályozáson alapuló véletlenszerű szálas lézerek alkalmazása
A véletlenszerű szálas lézerek szerkezeti felépítése és rugalmas hullámhossz-konverziója alkalmasabbá teszi őket speciális sávokban történő lézeres lézerezés megvalósítására, hogy megfeleljenek az olyan alkalmazások igényeinek, mint az elosztott jelerősítés, a nagy jel-zaj arányú szálérzékelés, a nemlineáris frekvencia-átalakítás és a közép infravörös szivattyúzás. Ugyanakkor a rezonáns üregszerkezeteken alapuló szálas lézerekkel összehasonlítva a spektrálisan modell nélküli véletlenszerű szálas lézerek jobb időtartomány-stabilitást mutatnak. Ezért a véletlenszerű szálas lézerek nagyobb előnyökkel rendelkeznek azokban az alkalmazásokban, ahol a lézerforrás stabilitására magas követelmények vonatkoznak. Ezenkívül a véletlenszerű szálas lézerek alacsony koherenciája és spektrális szabályozhatósága lehetővé teszi számukra, hogy egyedülálló alkalmazási potenciált mutassanak be a nagy teljesítményű képalkotásban és a lézervezérelt inerciális fúzióban.
