Нещодавно команда професора Чжао Йонга з Північно-східного університету, наукового співробітника Ву Ханя з Університету Сичуань, наукового співробітника Ма Руі з Університету Шеньчженя та професора Ван Зінаня з Університету електронних наук і технологій Китаю співпрацювали, щоб окреслити передовий прогрес у механізм, характеристики та застосування спектрального контролю випадкових волоконних лазерів. Вони всебічно представили прогрес у дослідженні випадкових волоконних лазерів із високою спектральною чистотою, вузькосмуговим виходом, гнучким налаштуванням довжини хвилі та виходом з кількома довжинами хвилі, коротко підсумували застосування випадкових волоконних лазерів на основі спектрального контролю та сподівалися на перспективи розвитку, дослідження шляхи та проблеми, з якими стикаються випадкові волоконні лазери на основі спектрального контролю.
Як новий тип випадкового лазера, випадковий волоконний лазер був гарячою точкою досліджень, розробленою в останнє десятиліття. Порівняно з традиційними волоконними лазерами з фіксованою резонансною структурою порожнини, випадкові волоконні лазери не потребують точних резонансних структур порожнини та мають більшу свободу структурного проектування. Випадкові волоконні лазери мають переваги в ефективності перетворення, спрямованості, вартості тощо, і можуть забезпечити хорошу платформу для створення різних форм високопродуктивних лазерів. Зокрема, випадкові волоконні лазери на основі середовища з різним підсиленням мають чудову гнучкість довжини хвилі та можуть досягати лазерної генерації довільної довжини хвилі в діапазоні 1~2,1 мкм. В останні роки дослідники провели поглиблені теоретичні та експериментальні дослідження спектральних характеристик випадкових волоконних лазерів. Завдяки спектральному регулюванню випадкові волоконні лазери демонструють здатність високої спектральної чистоти, вузької смуги пропускання та багатохвильового випромінювання. Крім того, випадкові волоконні лазери з їх унікальними спектральними характеристиками мають широкі перспективи застосування у волоконно-оптичних комунікаціях, волоконно-оптичному зондуванні, безкраповому зображенні, генерації суперконтинууму, нелінійному перетворенні частоти, джерелах лазерного накачування середнього інфрачервоного діапазону та лазерних керований інерційний термоядерний синтез (рис. 1).
Фундаментальні дослідження спектральних характеристик випадкових волоконних лазерів
Щоб теоретично описати й проаналізувати спектральні характеристики випадкових волоконних лазерів і дослідити їхні фізичні закони, дослідники запропонували залежну від спектра модель рівноваги потужності, нелінійну модель Шредінгера та модель хвильової динаміки для точної оцінки вихідної потужності. і процес зміни спектру випадкових волоконних лазерів. Останніми роками дослідники експериментально досліджували спектрально-статистичні характеристики випадкових волоконних лазерів, запровадили репліку порушення симетрії у випадкових волоконних лазерах і використовували методи статистичного аналізу, засновані на теорії спінового скла, щоб досліджувати безпорядок і нелінійні взаємодії у випадкових волоконних лазерах.
Випадкові волоконні лазери з відмінною гнучкістю довжини хвилі
Переваги від різних механізмів посилення, включаючи посилення нелінійного ефекту третього порядку (наприклад, вимушене комбінаційне розсіяння та вимушене розсіювання Бріллюена) та активне посилення легування рідкоземельних іонів (таких як ітербій, ербій, ербій/ітербій, вісмут та активні волокна, леговані тулієм), випадкові волоконні лазери можуть працювати в діапазоні 1-2.1 мкм. У випадкових волоконних лазерах із використанням фіксованих насосів поєднання регульованих фільтрів або точкових дзеркал, що залежать від довжини хвилі, і зміна центральної довжини хвилі фільтрів або точкових дзеркал може досягти плоскої та ефективної настройки довжини хвилі в широкому діапазоні. Крім того, впроваджуючи точкові дзеркала з програмованою довжиною хвилі, спектр випадкових волоконних лазерів можна програмувати та постійно налаштовувати відповідно до розробленої спектральної форми. Зокрема, для каскадних випадкових волоконних лазерів Рамана на основі широкосмугових точкових дзеркал і зворотного розсіювання довжину хвилі лазера можна безперервно налаштовувати у великому діапазоні шляхом прямої зміни довжини хвилі накачування та потужності накачування.
Спектральний контроль випадкових волоконних лазерів
Каскадні випадкові волоконні лазери Рамана мають чудову гнучкість довжини хвилі. Однак під час процесу каскадного перетворення залишкове стоксове світло низького порядку призведе до зниження спектральної чистоти лазера. Використовуючи новий тип стабільного джерела накачування у часовій області (наприклад, некогерентне широкосмугове накачування спонтанним випромінюванням, накачування випадковим волоконним лазером із додаванням ітербію та одночастотне лазерне накачування з розширеною шириною лінії), дослідники досягли різноманітності каскадного випадкового раманівського волокна. лазери з високою спектральною чистотою. З іншого боку, за високої потужності накачування, під впливом нелінійних ефектів, таких як чотирихвильове змішування та перехресна фазова модуляція у волокні, вихідна спектральна смуга пропускання випадкового волоконного лазера з повністю відкритим резонатором зазвичай становить кілька нанометрів. . Щоб задовольнити потреби джерел світла з вузькою шириною лінії в таких сценаріях, як високоефективне лазерне подвоєння частоти, високоточне вимірювання та когерентний волоконний зв’язок, можна створити вузькосмугові випадкові волоконні лазери, додавши різні точкові відбивачі з регульованим спектром. форми та смуги пропускання до напіввідкритої порожнини випадкової волоконної лазерної структури або за допомогою різних середовищ підсилення (таких як стимульоване розсіювання Бріллюена) та різних пасивних волокон (таких як волокно, що підтримує поляризацію, волокно з високим розсіюванням), і оптимізуючи накачування схема. Крім того, багатохвильовий вихід випадкових волоконних лазерів може бути досягнутий шляхом додавання спектральних фільтруючих елементів до лазера або використання каскадного посилення вимушеного розсіювання Бріллюена.
Застосування випадкових волоконних лазерів на основі спектрального контролю
Структурна конструкція та гнучке перетворення довжини хвилі випадкових волоконних лазерів роблять їх більш придатними для реалізації лазерної генерації в спеціальних діапазонах для задоволення потреб таких застосувань, як розподілене посилення сигналу, вимірювання оптоволокна з високим відношенням сигнал/шум, нелінійне перетворення частоти та середні частоти. інфрачервона накачування. У той же час, порівняно з волоконними лазерами на основі резонансних резонаторних структур, було доведено, що спектрально немодальні випадкові волоконні лазери мають кращу стабільність у часовій області. Таким чином, випадкові волоконні лазери мають більші переваги в сценаріях застосування з високими вимогами до стабільності лазерного джерела. Крім того, низька когерентність і спектральна керованість випадкових волоконних лазерів дозволяють їм демонструвати унікальний потенціал застосування у високоефективній візуалізації та керованому лазером термоядерному синтезі з інерційним утриманням.
