Nedávno tím profesora Zhao Yonga zo Severovýchodnej univerzity, pridruženého výskumného pracovníka Wu Hana zo Sichuanskej univerzity, pridruženého výskumného pracovníka Ma Rui z univerzity Shenzhen a profesora Wanga Zinana z Čínskej univerzity elektronickej vedy a technológie v spolupráci s cieľom načrtnúť pokrok na hraniciach mechanizmus, charakteristiky a aplikácie spektrálnej kontroly náhodných vláknových laserov. Komplexne predstavili pokrok vo výskume náhodných vláknových laserov s vysokou spektrálnou čistotou, úzkopásmovým výstupom, flexibilným ladením vlnových dĺžok a viacvlnovým výstupom, stručne zhrnuli aplikáciu náhodných vláknových laserov založených na spektrálnej kontrole a tešili sa na perspektívy vývoja, výskum cesty a výzvy, ktorým čelia náhodné vláknové lasery založené na spektrálnej kontrole.
Ako nový typ náhodného lasera bol náhodný vláknový laser výskumným hotspotom vyvinutým v poslednom desaťročí. V porovnaní s tradičnými vláknovými lasermi s pevnými rezonančnými dutinovými štruktúrami, náhodné vláknové lasery nevyžadujú presné rezonančné dutinové štruktúry a majú vyššiu konštrukčnú voľnosť. Náhodné vláknové lasery majú výhody v účinnosti konverzie, smerovosti, nákladoch atď. a môžu poskytnúť dobrú platformu pre konštrukciu rôznych foriem vysokovýkonných laserov. Najmä náhodné vláknové lasery založené na rôznych zosilňovacích médiách majú vynikajúcu flexibilitu vlnovej dĺžky a môžu dosiahnuť ľubovoľný laserový laser s vlnovou dĺžkou v pásme 1 ~ 2,1 µm. V posledných rokoch vedci vykonali hĺbkový teoretický a experimentálny výskum spektrálnych charakteristík náhodných vláknových laserov. Prostredníctvom spektrálnej regulácie demonštrujú náhodné vláknové lasery schopnosť vysokej spektrálnej čistoty, úzkej šírky pásma a výstupu viacerých vlnových dĺžok. Okrem toho majú náhodné vláknové lasery so svojimi jedinečnými spektrálnymi charakteristikami široké možnosti použitia v komunikáciách s optickými vláknami, optických snímaniach, zobrazovaní bez škvŕn, generovaní superkontinua, nelineárnej frekvenčnej konverzii, zdrojoch laserových čerpadiel v strednej infračervenej oblasti a laserových riadená inerciálna fúzia (obrázok 1).
Základný výskum spektrálnych charakteristík náhodných vláknových laserov
Aby bolo možné teoreticky opísať a analyzovať spektrálne charakteristiky náhodných vláknových laserov a preskúmať ich fyzikálne zákony, výskumníci navrhli výkonový rovnovážny model závislý od výkonu, nelineárny Schrödingerov model a model dynamiky vĺn na presné vyhodnotenie výstupného výkonu. a proces spektrálnej zmeny náhodných vláknových laserov. V posledných rokoch výskumníci experimentálne skúmali spektrálne štatistické charakteristiky náhodných vláknových laserov, zaviedli lámanie repliky symetrie do náhodných vláknových laserov a použili metódy štatistickej analýzy založené na teórii spinového skla na preskúmanie porúch a nelineárnych interakcií v náhodných vláknových laseroch.
Náhodné vláknové lasery s vynikajúcou flexibilitou vlnových dĺžok
Využitie rôznych mechanizmov zisku, vrátane zisku nelineárneho efektu tretieho rádu (ako je stimulovaný Ramanov rozptyl a stimulovaný rozptyl Brillouinovho rozptylu) a aktívneho zisku s dopingom vzácnych zemín (ako je yterbium-, erbium-, erbium/ytterbium-, bizmut- a aktívne vlákna dopované thúliom), náhodné vláknové lasery môžu pracovať v pásme 1-2,1 µm. V náhodných vláknových laseroch používajúcich pevné čerpadlá možno kombináciou laditeľných filtrov alebo bodových zrkadiel závislých od vlnovej dĺžky a zmenou stredovej vlnovej dĺžky filtrov alebo bodových zrkadiel dosiahnuť ploché a efektívne ladenie vlnovej dĺžky v širokom rozsahu. Okrem toho zavedením bodových zrkadiel s programovateľnou vlnovou dĺžkou možno spektrum náhodných vláknových laserov programovať a priebežne ladiť podľa navrhnutého spektrálneho tvaru. Najmä v prípade kaskádových náhodných Ramanových vláknových laserov založených na širokopásmových bodových zrkadlách a spätnej väzbe spätného rozptylu možno vlnovú dĺžku lasera kontinuálne ladiť vo veľkom rozsahu priamou zmenou vlnovej dĺžky pumpy a výkonu pumpy.
Spektrálne riadenie náhodných vláknových laserov
Kaskádové náhodné Ramanove vláknové lasery majú vynikajúcu flexibilitu vlnových dĺžok. Počas procesu kaskádovej konverzie však zvyškové Stokesovo svetlo nízkeho rádu spôsobí zníženie spektrálnej čistoty lasera. Prijatím nového typu zdroja stabilného čerpadla v časovej doméne (ako je nekoherentné širokopásmové zosilnené spontánne emisné čerpanie, ytterbiom dopované náhodné vláknové laserové čerpanie a jednofrekvenčné laserové čerpanie s rozšírenou šírkou čiary) výskumníci dosiahli rôzne kaskádové náhodné Ramanove vlákna. lasery s vysokou spektrálnou čistotou. Na druhej strane, pri vysokom čerpacom výkone, ovplyvnenom nelineárnymi efektmi, ako je štvorvlnové miešanie a krížová fázová modulácia vo vlákne, je výstupná spektrálna šírka pásma náhodného vláknového lasera s plne otvorenou dutinou vo všeobecnosti rádovo niekoľko nanometrov. . Aby sa splnili potreby svetelných zdrojov s úzkou šírkou v scenároch, ako je zdvojnásobenie frekvencie lasera s vysokou účinnosťou, vysoko presné meranie a koherentná vláknová komunikácia, možno dosiahnuť úzkopásmové náhodné vláknové lasery pridaním rôznych bodových reflektorov s nastaviteľným spektrálnym tvaru a šírky pásma k polootvorenej dutine náhodného vláknitého lasera alebo použitím rôznych médií zosilnenia (ako je stimulovaný Brillouin rozptyl) a rôznych pasívnych vlákien (ako je vlákno udržiavajúce polarizáciu, vlákno s vysokým rozptylom) a optimalizácia čerpania schémy. Okrem toho je možné dosiahnuť viacvlnový výstup náhodných vláknových laserov pridaním spektrálnych filtračných prvkov k laseru alebo použitím kaskádovo stimulovaného zisku Brillouinovho rozptylu.
Aplikácia náhodných vláknových laserov na báze spektrálnej kontroly
Štrukturálny dizajn a flexibilná konverzia vlnových dĺžok náhodných vláknových laserov ich robí vhodnejšími na realizáciu laserového laserového žiarenia v špeciálnych pásmach, aby vyhovovali potrebám aplikácií, ako je distribuované zosilnenie signálu, snímanie vlákien s vysokým pomerom signálu k šumu, nelineárna frekvenčná konverzia a stredná frekvencia. infračervené čerpanie. Zároveň sa v porovnaní s vláknovými lasermi založenými na rezonančných dutinových štruktúrach preukázalo, že spektrálne bezmodelové náhodné vláknové lasery majú lepšiu stabilitu časovej domény. Náhodné vláknové lasery majú preto väčšie výhody v aplikačných scenároch s vysokými požiadavkami na stabilitu laserového zdroja. Okrem toho nízka koherencia a spektrálna ovládateľnosť náhodných vláknových laserov im umožňuje ukázať jedinečný aplikačný potenciál pri vysokovýkonnom zobrazovaní a laserom riadenej inerciálnej fúzii.
