Stimuleret spredning i supermode-mikrohulrum:En- eller dual-mode lasing?

Stimuleret spredning i supermode mikrohulrum, såsom Raman eller Brillouin lasere, har vist en hidtil uset værdi for præcisionsmålinger ved at udnytte takttonen i deres laserspektre. Denne beatnote svarer til energiopdelingen af ​​supermodes og er meget følsom over for enhver ekstern forstyrrelse. Imidlertid, et centralt spørgsmål har undret forskerne i to årtier:er disse supermode mikrokavitetslasere single eller dual modes? Nu, et forskerhold ledet af professor Xiao Yunfeng ved Peking University har afsløret laserdynamikken for en stimuleret spredningslaser i en supermode -mikrohule, og demonstrerede eksperimentelt sin single-mode karakter. Dette arbejde er blevet offentliggjort online i PNAS .

Paradokset opstår fra modsætningen mellem laserteorien og eksperimentelle observationer. På den ene side, på grund af den homogene gevinst, pumpefeltet skal altid være fastspændt efter laseren udsender, fører til en single-mode laser. På den anden side, imidlertid, de vidt observerede taktnoter gav beviser for dual-mode lasering. "Dette slagfænomen modsiger virkelig, hvad vi har lært fra lærebogen, men den findes, "sagde Cao Qitao, en Boya postdoc-forsker ved Peking University, "så vi tror, ​​der må være noget fysik gemt." Forskerne brugte overfladespredning til at konstruere et par supermodes i et hviskende galleri-mikrohulrum (fig. 1), og genererede en ultralavtærskel Raman-laser. Derefter, de vedtog en add-drop koblingsstruktur for direkte at erhverve intrakavitets pumpekraft, hvorved pumpefeltets spændevirkning observeres for første gang (fig.2). I øvrigt, ved hjælp af en heterodyn metode, det målte sidetilstandsundertrykkelsesforhold (SMSR) er karakteriseret til at være over 30 dB, så det enkeltstående mode, der er karakteristisk for Raman-laseren i supermode-mikrokavitet, er utvetydigt demonstreret.

"For at afsløre den underliggende fysik af det tidligere observerede slagfænomen, vi brugte selvinjektionsmetoden til at modulere modetabene for de to supermodes, " sagde Zhang Peiji, en ph.d. studerende ved Peking University. Eksperimentelt, selvinjektion blev introduceret af en svag reflektans på outputlaseren, og en del af outputlaseren injiceres tilbage i hulrummet for at interferere med det intrakavitets laserfelt. Med selvinjektionsmetoden, det tidligere observerede periodiske slagfænomen dukkede op i tidsdomænet (figur 2). Yderligere teoretisk analyse afslører, at den tidligere rapporterede beatnote stammer fra den forbigående interferens under omskiftningsprocessen mellem supermodelaserne, snarere end den samtidige lasering af de to supermodes. Anvendelsesmæssigt, denne selvinjektionsmetode kan bidrage til den selektive generering af næsten degenererede lasere og forbedringen af ​​deres SMSR.

"Vores resultater har klart belyst den længe eksisterende debat om laserspektrumparadokset ved stimuleret spredning i supermode mikrohulrum, " sagde professor Xiao. "Desuden, dette arbejde giver en indsigtsfuld vejledning til mikrolaserbaserede præcisionsmålinger og baner vejen for rekonfigurerbare lyskilder og optiske hukommelser med lavt strømforbrug."