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Scientific Reports volume 6, Número do artigo: 22625 (2016) Citar este artigo

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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, as fibras monomodo com feedback via backscattering Rayleigh geram um feixe de laser unidirecional de alta qualidade. No entanto, esses lasers de fibra têm propriedades espectrais e de polarização bastante ruins, piorando com o aumento da potência e da ordem de Stokes. Aqui demonstramos um laser Raman aleatório em cascata linearmente polarizado em uma fibra de manutenção de 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 a 1ª (1,11 μm), 2ª (1,17 μm) e 3ª (1,23 μm). μm) ordem, respectivamente, na razão de extinção de polarização >22 dB para todas as ordens. A largura de banda do laser cresce com o aumento da ordem, mas é quase independente da potência na faixa de 1 a 10 W, chegando a ~1, ~2 e ~3 nm para ordens de 1 a 3, respectivamente. Portanto, o laser Raman aleatório não apresenta degradação das características de saída com o aumento da ordem de Stokes. Foi desenvolvida uma teoria que descreve adequadamente as características únicas do laser. 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 nos desempenhos aleatórios do laser, 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 nano-ilhas de ouro distribuídas aleatoriamente revestidas por uma camada guia de onda de um polímero dopado com corante3 ou em um meio ativo semicondutor (nanorods de ZnO) com nanoflakes de óxido de grafeno4 . Os dispositivos de laser aleatório baseados em papel fluido são fabricados por técnicas convencionais de litografia suave em um papel comum5. 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 projetor de luz digital13.

Para o desenvolvimento de novas fontes de luz, o desempenho de um dispositivo competitivo torna-se um grande desafio. Nesse sentido, os random lasers14 baseados em fibra 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 um perfil de feixe Gaussiano) em uma 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 para radiação, especialmente na janela espectral de telecomunicações em torno de 1,5 μm, os mecanismos de ganho e feedback aqui são bem diferentes daqueles em lasers aleatórios em massa. O ganho de fibra é induzido por 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 por espalhamento Rayleigh elástico da onda Stokes induzida por SRS em irregularidades sub-micrométricas 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 laser em uma fibra passiva com quilômetros de comprimento, dado que o ganho Raman integral é proporcional ao comprimento da fibra e à potência da bomba.