اخیراً، تیمی از پروفسور ژائو یونگ از دانشگاه نورث ایسترن، وو هان دانشیار از دانشگاه سیچوان، ما روئی از دانشگاه شنژن و پروفسور وانگ زینان از دانشگاه علوم و فناوری الکترونیک چین برای تشریح پیشرفت های مرزی با یکدیگر همکاری کرده اند. مکانیسم، ویژگی ها و کاربردهای کنترل طیفی لیزرهای فیبر تصادفی آنها پیشرفت تحقیقاتی لیزرهای فیبر تصادفی با خلوص طیفی بالا، خروجی باند باریک، تنظیم طول موج انعطاف پذیر و خروجی چند طول موج را به طور جامع معرفی کردند، به طور خلاصه کاربرد لیزرهای فیبر تصادفی بر اساس کنترل طیفی را خلاصه کردند و چشم انداز توسعه، تحقیق را دنبال کردند. مسیرها و چالش هایی که لیزرهای فیبری تصادفی بر اساس کنترل طیفی با آن مواجه هستند.
به عنوان نوع جدیدی از لیزر تصادفی، لیزر فیبر تصادفی یک کانون تحقیقاتی بوده است که در دهه گذشته توسعه یافته است. در مقایسه با لیزرهای فیبر سنتی با ساختارهای حفره رزونانس ثابت، لیزرهای فیبر تصادفی به ساختارهای حفره تشدید دقیقی نیاز ندارند و آزادی طراحی ساختاری بالاتری دارند. لیزرهای فیبر تصادفی دارای مزایایی در راندمان تبدیل، جهت دهی، هزینه و غیره هستند و می توانند بستر مناسبی برای ساخت انواع لیزرهای با کارایی بالا فراهم کنند. به طور خاص، لیزرهای فیبر تصادفی مبتنی بر رسانههای بهره مختلف، انعطافپذیری در طول موج عالی دارند و میتوانند لیزر لیزری با طول موج دلخواه را در باند 1 تا 2.1 میکرومتر به دست آورند. در سالهای اخیر، محققان تحقیقات نظری و تجربی عمیقی را در مورد ویژگیهای طیفی لیزرهای فیبر تصادفی انجام دادهاند. از طریق تنظیم طیفی، لیزرهای فیبر تصادفی توانایی خلوص طیفی بالا، پهنای باند باریک و خروجی چند طول موج را نشان میدهند. علاوه بر این، لیزرهای فیبر تصادفی، با ویژگیهای طیفی منحصربهفرد خود، چشمانداز کاربرد گستردهای در ارتباطات فیبر نوری، سنجش فیبر نوری، تصویربرداری بدون لکه، تولید ابرپیوسته، تبدیل فرکانس غیرخطی، منابع پمپ لیزری مادون قرمز میانی و لیزر دارند. همجوشی محصور اینرسی رانده شده (شکل 1).
تحقیقات اساسی در مورد ویژگی های طیفی لیزرهای فیبر تصادفی
به منظور توصیف نظری و تجزیه و تحلیل خصوصیات طیفی لیزرهای فیبر تصادفی و کشف قوانین فیزیکی آنها، محققان یک مدل تعادل حالت پایدار توان وابسته به طیف، یک مدل شرودینگر غیرخطی و یک مدل دینامیک موج برای ارزیابی دقیق توان خروجی پیشنهاد کردهاند. و فرآیند تغییر طیفی لیزرهای فیبر تصادفی در سالهای اخیر، محققان به طور تجربی ویژگیهای آماری طیفی لیزرهای فیبر تصادفی را بررسی کردهاند، تقارن کپی را به لیزرهای فیبری تصادفی معرفی کردهاند و از روشهای تحلیل آماری مبتنی بر نظریه اسپین گلاس برای کشف اختلال و برهمکنشهای غیرخطی در لیزرهای فیبر تصادفی استفاده کردهاند.
لیزرهای فیبر تصادفی با انعطاف پذیری عالی در طول موج
بهرهمندی از مکانیسمهای افزایش مختلف، از جمله افزایش اثر غیرخطی مرتبه سوم (مانند پراکندگی رامان تحریکشده و پراکندگی بریلوین تحریکشده) و سود فعال دوپینگ یونهای خاکی کمیاب (مانند ایتربیوم، اربیوم، اربیوم/ایتربیم، بیسموت، و الیاف فعال دوپ شده با تولیوم)، لیزرهای فیبر تصادفی می توانند در باند 1-2.1μm عمل کنند. در لیزرهای فیبر تصادفی با استفاده از پمپهای ثابت، ترکیب فیلترهای قابل تنظیم یا آینههای نقطهای وابسته به طول موج و تغییر طول موج مرکزی فیلترها یا آینههای نقطهای میتواند به تنظیم طول موج مسطح و کارآمد در محدوده وسیعی دست یابد. علاوه بر این، با معرفی آینه های نقطه ای قابل برنامه ریزی با طول موج، می توان طیف لیزرهای فیبر تصادفی را بر اساس شکل طیفی طراحی شده برنامه ریزی و به طور پیوسته تنظیم کرد. به طور خاص، برای لیزرهای فیبر رامان تصادفی آبشاری مبتنی بر آینههای نقطهای پهن باند و بازخورد پراکنده، طول موج لیزر را میتوان با تغییر مستقیم طول موج پمپ و قدرت پمپ به طور مداوم در یک محدوده بزرگ تنظیم کرد.
کنترل طیفی لیزرهای فیبر تصادفی
لیزرهای فیبر رامان تصادفی آبشاری دارای انعطاف پذیری در طول موج عالی هستند. با این حال، در طول فرآیند تبدیل آبشاری، باقیمانده نور استوکس درجه پایین باعث کاهش خلوص طیفی لیزر می شود. محققان با اتخاذ نوع جدیدی از منبع پمپ پایدار در حوزه زمان (مانند پمپاژ انتشار خود به خودی تقویتشده با پهنای باند غیر منسجم، پمپاژ لیزری فیبر تصادفی دوپ شده با ایتربیوم و پمپاژ لیزر تک فرکانس با پهنای خط)، به انواع فیبرهای رامان تصادفی آبشاری دست یافتهاند. لیزر با خلوص طیفی بالا از سوی دیگر، تحت قدرت پمپ بالا، تحت تأثیر اثرات غیرخطی مانند اختلاط چهار موجی و مدولاسیون متقاطع در فیبر، پهنای باند طیفی خروجی لیزر فیبر تصادفی کاملاً حفره باز معمولاً در حد چند نانومتر است. . به منظور پاسخگویی به نیازهای منابع نوری با پهنای خط باریک در سناریوهایی مانند دو برابر شدن فرکانس لیزری با راندمان بالا، اندازهگیری با دقت بالا و ارتباط فیبر منسجم، لیزرهای فیبر تصادفی با باند باریک را میتوان با افزودن بازتابندههای نقطهای مختلف با طیفی قابل تنظیم به دست آورد. شکل و پهنای باند به ساختار لیزر فیبر تصادفی نیمه باز حفره، یا با استفاده از رسانه های بهره مختلف (مانند پراکندگی بریلوین تحریک شده) و الیاف غیرفعال مختلف (مانند فیبر حفظ قطبی، فیبر با پراکندگی بالا) و بهینه سازی پمپاژ طرح. علاوه بر این، خروجی چند طول موجی لیزرهای فیبر تصادفی را می توان با افزودن عناصر فیلتر طیفی به لیزر یا استفاده از بهره پراکندگی بریلوین تحریک شده آبشاری به دست آورد.
کاربرد لیزرهای فیبر تصادفی بر اساس کنترل طیفی
طراحی ساختاری و تبدیل طول موج انعطاف پذیر لیزرهای فیبر تصادفی آنها را برای تحقق لیزر در باندهای ویژه مناسب تر می کند تا نیازهای کاربردهایی مانند تقویت سیگنال توزیع شده، سنجش فیبر نسبت سیگنال به نویز بالا، تبدیل فرکانس غیرخطی و متوسط را برآورده کند. پمپاژ مادون قرمز در عین حال، در مقایسه با لیزرهای فیبری مبتنی بر ساختارهای حفره رزونانس، ثابت شده است که لیزرهای فیبر تصادفی بدون مدل طیفی پایداری حوزه زمانی بهتری دارند. بنابراین، لیزرهای فیبر تصادفی مزایای بیشتری در سناریوهای کاربردی با نیازهای بالا برای پایداری منبع لیزر دارند. علاوه بر این، انسجام کم و قابلیت کنترل طیفی لیزرهای فیبر تصادفی آنها را قادر می سازد تا پتانسیل کاربردی منحصر به فردی را در تصویربرداری با کارایی بالا و همجوشی محصور اینرسی مبتنی بر لیزر نشان دهند.
