Fig.1 Generación y manipulación de láser Raman supermodo en una microcavidad. Crédito:Universidad de Pekín
Dispersión estimulada en microcavidades supermodo, como los láseres Raman o Brillouin, ha demostrado un mérito sin precedentes para las mediciones de precisión al explotar la nota de tiempo en sus espectros láser. Esta nota de tiempo corresponde a la división de energía de los supermodos y es muy sensible a cualquier perturbación externa. Sin embargo, Una pregunta fundamental ha desconcertado a los investigadores durante dos décadas:¿estos láseres de microcavidad de supermodo son modos simples o duales? Ahora, un equipo de investigación dirigido por el profesor Xiao Yunfeng en la Universidad de Pekín ha revelado la dinámica láser de un láser de dispersión estimulado en una microcavidad de supermodo, y demostró experimentalmente su naturaleza monomodo. Este trabajo ha sido publicado en línea en PNAS .
La paradoja surge de la contradicción entre la teoría del láser y las observaciones experimentales. Por un lado, debido a la ganancia homogénea, el campo de la bomba siempre debe sujetarse después de que el láser emite, conduciendo a un láser monomodo. Por otra parte, sin embargo, las notas de ritmo ampliamente observadas proporcionaron evidencias para el láser de modo dual. "Este fenómeno palpitante realmente contradice lo que hemos aprendido del libro de texto, pero existe "dijo Cao Qitao, un investigador postdoctoral de Boya en la Universidad de Pekín, "Así que creemos que debe haber algo de física oculta". Los investigadores utilizaron la dispersión de superficie para construir un par de supermodos en una microcavidad de galería de susurros (Figura 1), y generó un láser Raman de umbral ultrabajo. Luego, Adoptaron una estructura de acoplamiento add-drop para adquirir directamente la potencia de la bomba intracavitaria, mediante el cual se observa por primera vez el efecto de sujeción del campo de la bomba (Fig.2). Es más, con la ayuda de un método heterodino, la relación de supresión de modo lateral medida (SMSR) se caracteriza por ser superior a 30 dB, de modo que la característica monomodo del láser Raman en microcavidad supermodo se demuestra sin ambigüedades.
"Para revelar la física subyacente del fenómeno de latido observado anteriormente, utilizamos el método de autoinyección para modular las pérdidas de modo de los dos supermodos, "dijo Zhang Peiji, un doctorado estudiante de la Universidad de Pekín. Experimentalmente, la autoinyección fue introducida por una reflectancia débil en el láser de salida, y parte del láser de salida se inyecta de nuevo en la cavidad para interferir con el campo del láser intracavitario. Con el método de autoinyección, el fenómeno de batido periódico observado previamente emergió en el dominio del tiempo (Figura 2). Un análisis teórico adicional revela que la nota de ritmo informada anteriormente surge de la interferencia transitoria durante el proceso de conmutación entre los láseres supermodo, en lugar del láser simultáneo de los dos supermodos. En cuanto a la aplicación, este método de autoinyección puede contribuir a la generación selectiva de láseres casi degenerados y la mejora de su SMSR.
"Nuestros resultados han aclarado claramente el debate de larga data sobre la paradoja del espectro láser de la dispersión estimulada en microcavidades de supermodo, "dijo el profesor Xiao." Además, este trabajo proporciona una guía perspicaz para las mediciones de precisión basadas en microláser y allana el camino hacia fuentes de luz reconfigurables y memorias ópticas de bajo consumo de energía ".
Fig.2 Izquierda:efecto de sujeción del campo de la bomba. Derecha:fenómeno de batido del láser Raman de salida con autoinyección en el dominio del tiempo. Crédito:Universidad de Pekín