Высокий

Jun 21, 2023

Научные отчеты, том 6, Номер статьи: 22625 (2016) Цитировать эту статью

2885 Доступов

103 цитаты

Подробности о метриках

В настоящее время большое внимание привлекают хаотические рамановские лазеры, работающие в неактивных мутных или прозрачных рассеивающих средах. В последнем случае одномодовые волокна с обратной связью посредством обратного рэлеевского рассеяния генерируют высококачественный однонаправленный лазерный луч. Однако такие волоконные лазеры имеют довольно плохие спектральные и поляризационные свойства, ухудшающиеся с ростом мощности и стоксова порядка. Здесь мы демонстрируем линейно-поляризованную каскадную случайную рамановскую генерацию в волокне, сохраняющем поляризацию. Квантовая эффективность преобразования накачки (1,05 мкм) в выходное излучение практически не зависит от стоксова порядка, составляя 79%, 83% и 77% для 1-го (1,11 мкм), 2-го (1,17 мкм) и 3-го (1,23 мкм). мкм) порядка соответственно при коэффициенте затухания поляризации >22 дБ для всех порядков. Полоса пропускания лазера растет с ростом порядка, но практически не зависит от мощности в диапазоне 1–10 Вт и составляет ~1, ~2 и ~3 нм для порядков 1–3 соответственно. Таким образом, случайный рамановский лазер не демонстрирует ухудшения выходных характеристик с увеличением стоксова порядка. Разработана теория, адекватно описывающая уникальные свойства лазеров. Таким образом, показана полная картина каскадной случайной комбинационной генерации в волокнах.

В настоящее время хаотические лазеры представляют собой быстро растущий класс источников света, в которых обычный оптический резонатор заменен системой обратной связи многократного рассеяния в неупорядоченной усиливающей среде, такой как лазерные кристаллы или полупроводниковые порошки, см. обзор1,2. Последние достижения в этой области включают улучшение характеристик случайного лазера, а также демонстрацию генерации новых типов в неупорядоченных средах. Так, низкопороговая поверхностно-плазмонная генерация демонстрируется в матрице хаотически распределенных золотых наноостровков, покрытых волноведущим слоем легированного красителем полимера3, или в полупроводниковой активной среде (наностержнях ZnO) с нанохлопьями оксида графена4. . Жидкостные лазерные устройства на основе бумаги изготавливаются традиционными методами мягкой литографии на обычной бумаге5. Случайную генерацию можно получить в таких экзотических средах, как атомы холодного пара6 или биологические ткани, в том числе кости, пропитанные активными красителями7, крыло бабочки с полупроводниковыми наночастицами ZnO8 и даже отдельная клетка9. Эти результаты инициируют разработку передовых технологий по реализации биосовместимых и имплантируемых активных фотонных компонентов8,9, биовизуализации нового типа, включая картирование злокачественных опухолей10, диагностики/динамики гранулярных11 или мутных12 сред с большим потенциалом в фармакологии, т.к. а также разработку источников с низкой когерентностью, подходящих для полнопольной микроскопии без спеклов или цифровых светопроекторных систем13.

Для разработки новых источников света конкурентоспособность устройства становится серьезной проблемой. В этом смысле волоконные случайные лазеры14 признаны источниками света, превосходящими случайные лазеры других типов, а в некоторых случаях и обычные лазеры. Структура волоконного волновода является почти одномерной, формируя выходной луч высокого качества (одна поперечная мода с гауссовым профилем луча) в желаемом направлении за счет использования гибкости волокна. Для случайной генерации подходят даже обычные телекоммуникационные волокна. Поскольку материал волокна (кварцевое стекло) очень прозрачен для излучения, особенно в телекоммуникационном спектральном окне около 1,5 мкм, механизмы усиления и обратной связи здесь сильно отличаются от механизмов в объемных случайных лазерах. Усиление волокна индуцируется неупругим вынужденным комбинационным рассеянием (ВКР) света накачки за счет колеблющихся молекул SiO2 в решетке стекла, тогда как обратная связь обеспечивается упругим рэлеевским рассеянием ВКР-индуцированной стоксовой волны на субмикронных неровностях стекла. структура, при которой небольшая часть (~10–3) рассеянного света возвращается обратно в волокно. Хотя обратная связь очень слаба, ее достаточно для генерации пассивного волокна длиной в несколько километров, поскольку интегральное комбинационное усиление пропорционально длине волокна и мощности накачки.