电子科大王子南团队 | 拉曼光纤随机激光器的时-谱域相关度演变研究

文摘   科技   2024-11-07 12:02   北京  

研究意义

表征和调控拉曼光纤随机激光(RRFL)的相关度演变特性,对推动其在高功率激光装置和复杂系统等领域的发展至关重要。目前对RRFL微观特性的研究仍处于初步探索阶段,特别是在捕捉光纤随机激光过渡态的相关度特征方面,面临巨大挑战;而深入分析随机激光系统的过渡态和稳态特性,不仅有助于理解其内在的物理规律,还能探索新的激光调控手段,进一步扩展其应用领域

本文工作

本文详细研究了RRFL的时-谱域相关度的演化特征及其物理机制,深入解释了光纤随机激光器的微观动态特性;基于高精度的快速光谱测量方式以及改进的非线性薛定谔方程,我们捕捉了光谱相关度的形成和退化过程,还发现RRFL稳态的相关度本质取决于光谱随机尖峰的特征,这一发现为RRFL的相关度调控提供全新的视角,推动了其在高功率激光装置种子源、无散斑成像、时域鬼成像等领域的创新应用。

图1  探究拉曼光纤随机激光器相关度演化的实验装置

本文的创新点如下:
(1) 采用理论预测与实验观测相结合的方法,全面研究了RRFL过渡态和稳态的相关度演变特征,且实验数据和理论预测高度一致。
(2) 观察到RRFL相关度从形成到退化的完整周期,深入揭示了不同激光模式间复杂的相互作用。
(3) 在探究RRFL相关度的关键起源方面取得了突破性进展,发现光谱的随机尖峰对RRFL的相关度特征起决定性作用,并据此提出调控激光输出特性的创新手段。

实验结果

本文从实验和理论上系统地研究了RRFL过渡态和稳态的相关度演变特性。在过渡态,由于独特的反馈机制,RRFL的时间相关度呈连续增长趋势,与谐振腔激光器的阶梯式增长趋势截然不同;此外,观察到光谱相关度的形成和退化过程,揭示了不同光谱分量之间的增益竞争和增益共享机制:初始阶段,光谱相关度主要集中在中心波长部分;随着泵浦能量的积累,光谱两侧相关度逐渐增加,同时中心波长的相关度逐渐降低。
图2 RRFL在过渡态的时间相关度演化

图3 RRFL在过渡态的光谱相关度演化

在稳态,本文研究了不同光谱部分的相关度特征,并发现RRFL的相关度主要由光谱中少量的随机尖峰决定,这一重要发现为RRFL的相关度调控提供一种全新的思路。一方面,通过滤波不同的光谱部分,可以获得不同相关度的激光输出;另一方面,通过调控随机尖峰的数量,可以有效控制激光器的相关度特征。

图4  稳态时RRFL不同光谱部分的时间相关度研究


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