模擬實驗發現能夠控製隨機激光器波長的新方法,隨機激光器是指沒有反射鏡和輸出功率無法控製的激光器。
隨機激光器並不像普通激光器那樣需要精心設計的反射鏡,但是在隨機激光器的最基本形式中,光線具有不同的顏色,並向不同的方向散發。在單一和不可預測的波長方麵,研究者能夠對隨機激光器進行限製,但是目前有團隊在物理評論快報(Physical Review Letters)發表報告稱,發現一項能夠產(chan) 生可選定波長的通用方法。團隊使用電腦模擬展示了該係統,使用反饋回路對給激光器供電的光源組合進行調節。結果顯示可以產(chan) 生持久和客戶自定義(yi) 的激光,其中包括使用傳(chuan) 統激光器無法獲取的一些激光波長。
傳(chuan) 統激光器包含有氣槍等"發射激光的"媒介,用於(yu) 當激光在反射鏡之間前後反射時將光線放大。隨機激光器沒有反射鏡,光線在分散的物體(ti) 之間進行反射,如氧化鋅顆粒在含有激光染料的液體(ti) 中流動。使用"泵浦"光源的強烈閃光對其進行碰擊,液體(ti) 就會(hui) 發熱,激光光線會(hui) 產(chan) 生多種不同的顏色。因為(wei) 隨機激光器不具有量身定做的對溫度和震動十分敏感的光學共振器,所以它或比普通激光器更為(wei) 廉價(jia) 和更耐用。它或也能適用於(yu) 不同的波長。
二十世紀六十年代末,人們(men) 第一次提出隨機激光器的理論,十年前,隨機激光器就具有可行性。隨機激光器的挑戰性之一是如何控製波長。使用低功率泵能產(chan) 生單一波長,但是人們(men) 不能提前選擇或容易地改變所產(chan) 生的波長。
目前,來自巴黎高等理工化工學校(ESPCI ParisTech)工業(ye) 物理和化學研究院的Patrick Sebbah及其同事已經研究出可以控製波長的係統,他們(men) 使用計算機模擬對係統進行了展示。為(wei) 了簡單起見,Patrick Sebbah團隊設想出一維激光器,與(yu) 2005年報道的相似,但是他們(men) 表示與(yu) 二維激光器的工作原理相似。在計算機模擬中,激光器包含有不同厚度(但是厚度都接近毫微米)的激光材料板,交錯交織著毫微米的氣隙。泵浦光垂直發出,到達主要激光軸,在碰擊激光器之前需要穿過空間光調節器(SLM)。在LCD投影儀(yi) 中的SLM允許人們(men) 安排光線的空間組合,選擇精確的強度碰擊每塊激光板。
在模擬中,檢測器將激光器的輸出光束信息反饋給SLM,這能幫助SLM不斷調節泵光光線的空間組合,直到實現所需的單一波長光束。該係統是基於(yu) 隨機激光器自身具有多個(ge) "模式"的理念開發。每一種模式都是激光器的一部分,能擴大具體(ti) 某種波長的光線。在某種條件下,這些模式在激光器內(nei) 部形成獨立的隔離區;但是在其他的一些條件下,這些模式遍布整個(ge) 激光器,形成複雜重疊的模式。實驗已經表明,倘若泵浦光線隻碰擊隨機激光器的某個(ge) 部位,輸出的光纖僅(jin) 包含有接收泵浦光纖模式所產(chan) 生的激光。
Patrick Sebbah和他的同事展示如何能產(chan) 生預先選定的單一模式。產(chan) 生預先選定的模式需要一個(ge) 十分複雜的空間格局,但是重複的程序專(zhuan) 注於(yu) 能使激光器散發出預先選定模式波長的格局。激光器操作人員一旦發現能產(chan) 生某種具體(ti) 波長的格局,他們(men) 將在這種格局和其他格局之間進行快速切換,以產(chan) 生其他的波長。
Patrick Sebbah的團隊希望未來能取締昂貴的自定義(yi) 激光器,研究者能研究出適合任何應用的簡單粉末和調諧技術。"從(cong) 一些不被看好的事情開始,控製它,馴服它",Patrick Sebbah表示。他預測可選擇波長隨機激光器的多種不同用途,如使用紫外線作為(wei) 光源等,沒有了反射鏡就沒有了傳(chuan) 統激光器。
"我相信很多人將會(hui) 喜歡這種係統,它適用於(yu) 各種各樣的應用",維也納技術大學(Vienna University of Technology)的Stefan Rotter表示。該方法能將生產(chan) 時間從(cong) 數周降低至數秒。您需要做的是使用連接到電腦上的SLM輕鬆改變激光器,而不是進行昂貴的生產(chan) 過程。
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