Nedávno tým profesora Zhao Yonga ze Severovýchodní univerzity, přidruženého výzkumného pracovníka Wu Hana z univerzity v Sichuanu, přidruženého výzkumného pracovníka Ma Rui z univerzity v Shenzhenu a profesora Wanga Zinana z Čínské univerzity elektronické vědy a technologie spolupracoval na nastínění pokroku na hranicích v mechanismus, vlastnosti a aplikace spektrálního řízení náhodných vláknových laserů. Komplexně představili pokrok ve výzkumu náhodných vláknových laserů s vysokou spektrální čistotou, úzkopásmovým výstupem, flexibilním laděním vlnových délek a vícevlnovým výstupem, stručně shrnuli aplikaci náhodných vláknových laserů založených na spektrální kontrole a těšili se na vyhlídky vývoje, výzkum cesty a výzvy, kterým čelí náhodné vláknové lasery založené na spektrální kontrole.
Jako nový typ náhodného laseru byl náhodný vláknový laser výzkumným hotspotem vyvinutým v posledním desetiletí. Ve srovnání s tradičními vláknovými lasery s pevnými rezonančními dutinovými strukturami nevyžadují náhodné vláknové lasery přesné rezonanční dutinové struktury a mají větší konstrukční volnost. Náhodné vláknové lasery mají výhody v účinnosti konverze, směrovosti, ceně atd. a mohou poskytnout dobrou platformu pro konstrukci různých forem vysoce výkonných laserů. Zejména náhodné vláknové lasery založené na různých médiích se ziskem mají vynikající flexibilitu vlnových délek a mohou dosáhnout laserového laseru s libovolnou vlnovou délkou v pásmu 1~2,1 µm. V posledních letech vědci prováděli hloubkový teoretický a experimentální výzkum spektrálních charakteristik náhodných vláknových laserů. Prostřednictvím spektrální regulace demonstrují náhodné vláknové lasery schopnost vysoké spektrální čistoty, úzké šířky pásma a výstupu pro více vlnových délek. Kromě toho mají náhodné vláknové lasery se svými jedinečnými spektrálními charakteristikami široké vyhlídky na použití v optických komunikacích, optickém snímání, zobrazování bez skvrn, generování superkontinua, nelineární frekvenční přeměně, zdrojích infračervených laserových čerpadel a laserových řízená inerciální uzavřená fúze (obrázek 1).
Základní výzkum spektrálních charakteristik náhodných vláknových laserů
Aby bylo možné teoreticky popsat a analyzovat spektrální charakteristiky náhodných vláknových laserů a prozkoumat jejich fyzikální zákony, výzkumníci navrhli spektrálně závislý model výkonu v ustáleném stavu, nelineární Schrödingerův model a model dynamiky vln pro přesné vyhodnocení výstupního výkonu. a proces spektrální změny náhodných vláknových laserů. V posledních letech výzkumníci experimentálně prozkoumali spektrální statistické charakteristiky náhodných vláknových laserů, zavedli lámání replik symetrie do náhodných vláknových laserů a použili metody statistické analýzy založené na teorii spinového skla k prozkoumání nepořádku a nelineárních interakcí v laserech s náhodnými vlákny.
Náhodné vláknové lasery s vynikající flexibilitou vlnových délek
Využití různých mechanismů zisku, včetně zisku nelineárního efektu třetího řádu (jako je stimulovaný Ramanův rozptyl a stimulovaný Brillouinův rozptyl) a aktivního zisku dopingu vzácných zemin (jako je ytterbium-, erbium-, erbium/ytterbium-, vizmut- a aktivní vlákna dopovaná thuliem) mohou lasery s náhodnými vlákny pracovat v pásmu 1-2,1µm. U náhodných vláknových laserů využívajících pevná čerpadla lze kombinací laditelných filtrů nebo bodových zrcadel závislých na vlnové délce a změnou střední vlnové délky filtrů nebo bodových zrcadel dosáhnout plochého a účinného ladění vlnové délky v širokém rozsahu. Navíc zavedením bodových zrcadel s programovatelnou vlnovou délkou lze spektrum náhodných vláknových laserů programovat a plynule ladit podle navrženého spektrálního tvaru. Zejména u kaskádových náhodných Ramanových vláknových laserů založených na širokopásmových bodových zrcadlech a zpětné zpětné vazbě lze vlnovou délku laseru plynule ladit ve velkém rozsahu přímou změnou vlnové délky čerpadla a výkonu čerpadla.
Spektrální řízení náhodných vláknových laserů
Kaskádové náhodné Ramanovy vláknové lasery mají vynikající flexibilitu vlnových délek. Během procesu kaskádové konverze však zbytkové Stokesovo světlo nízkého řádu způsobí snížení spektrální čistoty laseru. Přijetím nového typu zdroje stabilního čerpadla v časové doméně (jako je nekoherentní širokopásmové amplifikované čerpání spontánní emise, ytterbiem dopované vláknové laserové čerpání a jednofrekvenční laserové čerpání s rozšířenou šířkou čáry) vědci dosáhli různých kaskádových náhodných Ramanových vláken. lasery s vysokou spektrální čistotou. Na druhou stranu, při vysokém výkonu čerpadla, ovlivněném nelineárními efekty, jako je čtyřvlnné míchání a křížová fázová modulace ve vláknu, je výstupní spektrální šířka pásma náhodného vláknového laseru s plně otevřenou dutinou obecně v řádu několika nanometrů. . Aby byly splněny potřeby světelných zdrojů s úzkou šířkou ve scénářích, jako je zdvojnásobení frekvence laseru s vysokou účinností, vysoce přesné měření a koherentní vláknová komunikace, lze dosáhnout úzkopásmových náhodných vláknových laserů přidáním různých bodových reflektorů s nastavitelným spektrálním tvaru a šířky pásma k polootevřené dutinové struktuře náhodného vláknového laseru nebo použitím různých médií pro zisk (jako je stimulovaný Brillouinův rozptyl) a různých pasivních vláken (jako je vlákno udržující polarizaci, vlákno s vysokým rozptylem) a optimalizací čerpání systém. Kromě toho lze dosáhnout vícevlnového výstupu náhodných vláknových laserů přidáním spektrálních filtračních prvků k laseru nebo použitím kaskádově stimulovaného zisku Brillouinova rozptylu.
Aplikace náhodných vláknových laserů na bázi spektrální kontroly
Strukturální design a flexibilní konverze vlnových délek náhodných vláknových laserů je činí vhodnějšími pro realizaci laserového laserového záření ve speciálních pásmech, aby vyhovovaly potřebám aplikací, jako je distribuované zesílení signálu, snímání vláken s vysokým poměrem signálu k šumu, nelineární frekvenční konverze a střední frekvence. infračervené čerpání. Ve srovnání s vláknovými lasery založenými na rezonančních dutinových strukturách bylo zároveň prokázáno, že spektrálně nemodální náhodné vláknové lasery mají lepší časovou stabilitu. Proto mají náhodné vláknové lasery větší výhody v aplikačních scénářích s vysokými požadavky na stabilitu laserového zdroje. Nízká koherence a spektrální ovladatelnost náhodných vláknových laserů jim navíc umožňuje ukázat jedinečný aplikační potenciál ve vysoce výkonném zobrazování a laserem řízené inerciální fúzi.
