近日，中科院上海光機(jī)所空天激光技術(shù)與系統(tǒng)部王俊研究員團(tuán)隊(duì)，先后在毛細(xì)管和光子晶體光纖隨機(jī)激光研究方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果分別以“Amplified spontaneous emission and random laser generation in capillaries doped with rhodamine 6G–microspheres”和“Random lasing from rhodamine 6G–microsphere doped photonic crystal fibers”為題發(fā)表于Applied Optics和Optics Communications。

光流體隨機(jī)激光器結(jié)合了光子和微流體器件并通過(guò)二者的共同作用以提高隨機(jī)激光的發(fā)射效率，在量子計(jì)算和量子傳感領(lǐng)域具有重要應(yīng)用潛力，然而，由于光在散射介質(zhì)中沿著不同的方向隨機(jī)傳播，導(dǎo)致發(fā)射特性難以調(diào)控，阻礙了進(jìn)一步的應(yīng)用。

針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種調(diào)控光流體隨機(jī)激光器發(fā)射特性的新方法，通過(guò)在羅丹明6G和聚苯乙烯微球溶液中摻雜PVP聚合物以及改變泵浦光的偏振態(tài)，在不同直徑的毛細(xì)管中，實(shí)現(xiàn)了放大自發(fā)輻射和隨機(jī)激光發(fā)射，峰值增益系數(shù)為8.1 ± 0.5 cm^-1，發(fā)射光譜半高全寬最小值為6 nm，并且實(shí)現(xiàn)了發(fā)射特性的增強(qiáng)以及發(fā)射光偏振度的調(diào)控。同時(shí)，利用隨機(jī)激光的時(shí)間相關(guān)理論模擬了激光譜寬，并與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值基本一致。當(dāng)泵浦速率低于閾值時(shí)，發(fā)射光譜包含不同頻率的準(zhǔn)態(tài)模式，隨著泵浦速率增加到隨機(jī)激光發(fā)射閾值，發(fā)射光譜變窄。發(fā)射光譜的演化大致經(jīng)歷了兩個(gè)不同的階段，分別為0.7 – 0.9 ps時(shí)間段的模式生成階段和1 – 1.2 ps時(shí)間段的模式選擇階段。

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圖1.（a）毛細(xì)管的能量依賴發(fā)射光譜。（b）發(fā)射光譜的傅里葉變換

在上述研究基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)隨后在光子晶體光纖中實(shí)現(xiàn)了峰值增益系數(shù)為6.3 ± 0.8 cm^-1，發(fā)射光譜半高全寬最小值為11 nm的隨機(jī)激光輸出。PVP聚合物同樣改善了隨機(jī)激光發(fā)射特性，包括發(fā)射強(qiáng)度、半高全寬和偏振度。隨機(jī)激光的時(shí)間相關(guān)理論表明，準(zhǔn)態(tài)模式的分布可以通過(guò)加入聚合物進(jìn)行調(diào)控。這項(xiàng)研究有助于深入了解隨機(jī)激光的形成過(guò)程，為制備高效的微納隨機(jī)激光器提供了指導(dǎo)，有望推動(dòng)器件應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展。

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圖2.（a）羅丹明6G溶液摻雜的毛細(xì)管（左）和聚苯乙烯微球與PVP聚合物摻雜的光子晶體光纖（右）在激光泵浦下的發(fā)光。（b）PVP聚合物加入前后的隨機(jī)激光形成過(guò)程示意圖

相關(guān)研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。

相關(guān)鏈接：1.https://doi.org/10.1364/AO.558305；2.https://doi.org/10.1016/j.optcom.2025.131754