Alto

Jul 13, 2023

Scientific Reports volume 6, Artigo número: 22625 (2016) Citar este artigo

2899 acessos

103 citações

Detalhes das métricas

Os lasers Raman aleatórios atraem agora muita atenção, pois operam em meios de dispersão turvos ou transparentes não ativos. No último caso, fibras monomodo com feedback via retroespalhamento Rayleigh geram um feixe de laser unidirecional de alta qualidade. No entanto, tais lasers de fibra têm propriedades espectrais e de polarização bastante pobres, piorando com o aumento da potência e da ordem de Stokes. Aqui demonstramos um laser Raman aleatório em cascata linearmente polarizado em uma fibra que mantém a polarização. A eficiência quântica de conversão da bomba (1,05 μm) na radiação de saída é quase independente da ordem de Stokes, totalizando 79%, 83% e 77% para o 1º (1,11 μm), 2º (1,17 μm) e 3º (1,23 μm). μm), respectivamente, na taxa de extinção de polarização> 22 dB para todas as ordens. A largura de banda do laser cresce com ordem crescente, mas é quase independente da potência na faixa de 1–10 W, totalizando ~1, ~2 e ~3 nm para ordens 1–3, respectivamente. Portanto, o laser Raman aleatório não apresenta degradação das características de saída com o aumento da ordem de Stokes. Uma teoria que descreve adequadamente as características únicas do laser foi desenvolvida. Assim, é mostrada uma imagem completa do laser Raman aleatório em cascata nas fibras.

Os lasers aleatórios representam agora uma classe de fontes de luz em rápido crescimento, na qual uma cavidade óptica convencional é substituída por um feedback de espalhamento múltiplo em um meio de ganho desordenado, como cristais de laser ou pós semicondutores, ver 1,2 para uma revisão. Desenvolvimentos recentes neste campo incluem melhorias no desempenho do laser aleatório, bem como demonstrações de laser em meios desordenados de novos tipos. Assim, o laser aprimorado por plasmon de superfície de baixo limiar é demonstrado em uma matriz de nanoilhas de ouro distribuídas aleatoriamente revestidas por uma camada guia de onda de um polímero dopado com corante ou em um meio ativo semicondutor (nanobastões de ZnO) com nanoflocos de óxido de grafeno4 . Dispositivos de laser aleatórios baseados em papel fluídico são fabricados por técnicas convencionais de litografia suave em um papel comum . O laser aleatório pode ser obtido em meios exóticos como átomos de vapor frio6, ou tecidos biológicos incluindo ossos infiltrados com corante ativo7, asa de borboleta com nanopartículas semicondutoras de ZnO8 e até mesmo uma única célula9. Esses resultados iniciam o desenvolvimento de tecnologias avançadas para a realização de componentes fotônicos ativos biocompatíveis e implantáveis8,9, bioimagem de um novo tipo incluindo mapeamento de tumores malignos10, diagnóstico/dinâmica de meios granulares11 ou turvos12 com grande potencial em farmacologia, como bem como o desenvolvimento de fontes de baixa coerência adequadas para microscopia de campo total sem manchas ou sistemas de projetores de luz digital13.

Para o desenvolvimento de novas fontes de luz, o desempenho competitivo de um dispositivo torna-se um grande desafio. Nesse sentido, os lasers aleatórios baseados em fibra14 são reconhecidos como fontes de luz superiores aos lasers aleatórios de outros tipos e, em alguns casos, aos lasers convencionais. A estrutura do guia de ondas de fibra é quase unidimensional formando um feixe de saída de alta qualidade (modo transversal único com perfil de feixe gaussiano) na direção desejada usando a flexibilidade da fibra. Para laser aleatório, até mesmo fibras de telecomunicações convencionais são adequadas. Como o material da fibra (vidro de sílica) é altamente transparente à radiação, especialmente na janela espectral de telecomunicações em torno de 1,5 μm, os mecanismos de ganho e feedback aqui são bastante diferentes daqueles dos lasers aleatórios em massa. O ganho de fibra é induzido pelo espalhamento Raman estimulado inelástico (SRS) da luz da bomba pela vibração de moléculas de SiO2 em uma rede de vidro, enquanto o feedback é fornecido pelo espalhamento Rayleigh elástico da onda de Stokes induzida por SRS em irregularidades submicrométricas do vidro estrutura, com uma pequena parte (~10−3) de luz espalhada voltando para a fibra. Embora o feedback seja muito fraco, é suficiente para o laser em uma fibra passiva com quilômetros de extensão, visto que o ganho Raman integral é proporcional ao comprimento da fibra e à potência da bomba.