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Jul 13, 2023

Scientific Reports volume 6、記事番号: 22625 (2016) この記事を引用

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メトリクスの詳細

ランダムラマンレーザーは、非活性な混濁または透明な散乱媒体内で動作するため、現在大きな注目を集めています。 最後のケースでは、レイリー後方散乱によるフィードバックを備えたシングルモード ファイバーが高品質の一方向レーザー ビームを生成します。 ただし、このようなファイバーレーザーのスペクトル特性と偏光特性はかなり劣っており、出力とストークス次数が増加するにつれて悪化します。 ここでは、偏波保持ファイバー内での直線偏光カスケードランダムラマンレーザー発振を実証します。 ポンプ (1.05 μm) を出力放射線に変換する量子効率はストークス次数とはほぼ無関係で、1 次 (1.11 μm)、2 次 (1.17 μm)、および 3 次 (1.23 μm) で 79%、83%、77% になります。すべての次数で偏光消光比 > 22 dB で、それぞれ μm) 次を実現します。 レーザー帯域幅は次数が増加するにつれて増加しますが、1 ～ 10 W の範囲では出力にはほとんど依存せず、次数 1 ～ 3 ではそれぞれ約 1、約 2、および約 3 nm になります。 したがって、ランダムラマンレーザーは、ストークス次数が増加しても出力特性が低下することはありません。 独特のレーザーの特徴を適切に説明する理論が開発されました。 したがって、ファイバー内でカスケードされたランダム ラマン レーザー発振の全体像が示されています。

ランダム レーザーは、現在急速に成長している種類の光源であり、従来の光キャビティが、レーザー結晶や半導体粉末などの不規則な利得媒質内の多重散乱フィードバックによって置き換えられます。レビューについては 1、2 を参照してください。 この分野の最近の開発には、ランダム レーザーの性能の改善や、新しいタイプの無秩序な媒体でのレーザー発振の実証が含まれます。 そのため、低閾値の表面プラズモン増強レーザー発振は、色素ドープポリマーの導波層でコーティングされたランダムに分布した金ナノアイランドのマトリックス3、または酸化グラフェンナノフレークを含む半導体活性媒体（ZnOナノロッド）中で実証されています4。 。 流体紙ベースのランダム レーザー デバイスは、通常の紙上で従来のソフト リソグラフィー技術によって製造されます。 ランダムなレーザー発振は、冷蒸気原子 6 などのエキゾチックな媒質や、活性色素が浸透した骨 7、半導体 ZnO ナノ粒子を含む蝶の羽 8、さらには単一細胞 9 などの生体組織でも得られる可能性があります。 これらの結果は、生体適合性で移植可能なアクティブフォトニックコンポーネント 8,9、悪性腫瘍のマッピングを含む新しいタイプのバイオイメージング 10、薬理学において大きな可能性を秘めた顆粒 11 または濁った媒体の診断/ダイナミクス 12 の実現に向けた高度な技術の開発を開始します。さらに、スペックルフリーの全視野顕微鏡法やデジタルライトプロジェクターシステムに適した低コヒーレンス光源の開発も行っています13。

新しい光源の開発では、競争力のあるデバイス性能が非常に課題となります。 この意味で、ファイバーベースのランダムレーザー14は、他のタイプのランダムレーザーよりも、場合によっては従来のレーザーよりも優れた光源として認識されています。 ファイバー導波路構造は、ファイバーの柔軟性を利用して、所望の方向に高品質の出力ビーム (ガウス ビーム プロファイルを持つ単一横モード) を形成するほぼ 1 次元です。 ランダムなレーザー発振には、従来の通信ファイバーでも適しています。 ファイバー材料 (シリカ ガラス) は、特に 1.5 μm 付近の通信スペクトル窓において放射に対して透明度が高いため、ここでのゲインとフィードバックのメカニズムはバルク ランダム レーザーのメカニズムとはまったく異なります。 ファイバー利得は、ガラス格子内の SiO2 分子を振動させることによるポンプ光の非弾性誘導ラマン散乱 (SRS) によって誘起されますが、フィードバックは、ガラスのサブミクロンの不規則性に対する SRS 誘起ストークス波の弾性レイリー散乱によって提供されます。散乱光の一部 (約 10−3) がファイバーに戻ってくる構造です。 フィードバックは非常に弱いですが、積分ラマン利得がファイバー長とポンプパワーに比例することを考慮すると、キロメートル長のパッシブファイバーでのレーザー発振には十分です。