跳到主要内容

话题

激光器

激光器

混沌腔升高了大功率激光的稳定性

28 Aug 2018
混沌腔
混沌腔:量子混沌在D形腔内产生。 (礼貌:Stefan Bittner )

通过使用允许光在乱性地反弹的激光腔,可以减少高功率激光器的输出中的不需要的波动。这是美国,英国和新加坡的科学家的反思结论,其研究也可以提高我们对天气模式和湍流流体动力的理解。

高功率激光器具有巨大的应用,从材料处理到手术,但保持发光稳定难以。激光的复杂非线性相互作用’具有光场的S活性介质可以导致混沌波动,从而降低其输出并降低其有用性。研究人员试图抑制这些波动,但这可以限制激光’s power.

理想的激光器将以单个频率传输所有电力,所有波线都完全平行。然而,实际上,传统形状激光腔中的所需纵向模式也不可避免地激发横向模式。

制作波浪

“It’s喜欢通过水传播的船,” explains Ortwin Hess.,伦敦帝国学院的理论家专门从事量子纳米泳学院:“You’在醒来时,在它面前推动了波浪,在醒来时被推动。”

窄激光腔仅支撑一个横向模式通常保持稳定。然而,高功率激光器需要大激光腔,在这些内,多个横向模式可以堆积,在光输出中快速地发出混沌波动。

尝试驯服这些波动的集中于抑制这些多个横向模式,以使腔场类似于小激光器。赫斯说,这种策略可以是适度成功的,但蛀牙仍然是不稳定的。

“关于半导体激光器的特征是,在半导体活性材料内,光和物质相当相互作用,” explains Hess. “It’S一点就像光改变非常粘稠的流体的粘度,同时传播通过它。”例如,注入稳定的控制脉冲,例如可以在一个泵送电流下成功抑制多个横向模式,但是进一步增加电流可能导致它们重新出现。

扫描稳定性

在新的研究中,赫斯和他的同事在帝国大学和新加坡南阳技术大学的研究人员。该团队采用相反的方法,最大化了半导体激光器中的模式数量。它们在没有纵向或横向模式的情况下产生D形腔。相反,光线围绕着乱弹。因此,半导体的性质的波动是有效的随机随机且低于波长的比例。这防止了从光场形成的大规模不稳定性,并在整个激光过程中扩散。

令人惊讶的是,这导致激光腔在宏观上,宏观上独立于泵浦功率并且可以同时发射多个频率的光,而不会屈服于不稳定波动。

“We don’不得不注射任何东西,”激光物理学家说 惠曹,谁领导了耶鲁集团。她补充道,“相反,我们设计腔形状以消除不稳定性。”Hess通过子波长混乱将这种稳定性的方法与龙岗地区的龙井形成的减少的可能性比在平坦的国家。

专注于产业

然而,有些问题仍然存在。虽然激光’S输出轮廓高度稳定,其光束不能非常紧密聚焦。 CAO表示,这不一定是加工和材料处理等应用的问题:“对于那些应用程序,什么’重要的是产生特定的光束轮廓“。她补充道,“人们使用高斯梁形状并将其转换为行,方形或三角形,因为它们希望将该模式写入其设备上。它们不需要非常好的空间一致性,因为形状大于衍射极限,而且相对宽的带宽也不是一个大问题。他们所需要的是强度和梁形稳定性。”

研究人员认为,它们的腔设计应适用于许多激光类型,所有激光类型都可以遭受高功率的类似不稳定性。除此之外,他们认为可以在其他系统中研究混沌和不稳定行为的应用:“We’Re试图与其他社区联系,看看我们的方案是否可用于抑制其他非线性波动态系统中的时空稳定性,” says Cao. “从根本上,方程式是一样的。”

“随机或混沌谐振器一直是光学和光子学中的一段时间的活跃场,但它主要是基础研究,”半导体物理学家说 Alessandro Tredicucci. 比萨大学意大利。“这显然是混乱腔在传统的激光腔中具有一些潜在益处的情况。”然而,他注意到这一点“您必须更大的电力来获得同时激光的所有这些模式,这降低了效率,并且通常这些混沌激光器的性能比传统的效率低。”

研究描述了 科学.

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者