Stimulerad spridning i supermode mikrohåligheter, såsom Raman eller Brillouin lasrar, har visat oöverträffade meriter för precisionsmätningar genom att utnyttja beatnoten i deras lasande spektra. Denna taktnot motsvarar energiuppdelningen i supermoder och är mycket känslig för externa störningar. Dock, en central fråga har förbryllat forskarna i två decennier:är dessa supermode mikrokavitetslasrar enkla eller dubbla lägen? Nu, ett forskarlag under ledning av professor Xiao Yunfeng vid Peking University har avslöjat lasringsdynamiken hos en stimulerad spridningslaser i en supermode-mikrokavitet, och experimentellt demonstrerade dess singellägesnatur. Detta arbete har publicerats online i PNAS .

Paradoxen uppstår ur motsättningen mellan laserteorin och experimentella observationer. Å ena sidan, på grund av den homogena vinsten, pumpfältet ska alltid spännas fast efter att lasern avger, leder till en singelmodslaser. Å andra sidan, dock, de allmänt observerade taktnoterna gav bevis för dual-mode lasing. "Det här misshandelsfenomenet motsäger verkligen vad vi har lärt oss från läroboken, men det finns, "sa Cao Qitao, en Boya-postdoktor vid Pekings universitet, "så vi tror att det måste vara lite fysik gömd." Forskarna använde ytspridning för att konstruera ett par supermoder i en mikrokavitet i viskande galleri (fig 1), och genererade en ultralågtröskel Raman-laser. Sedan, de antog en add-dropp-kopplingsstruktur för att direkt skaffa kraften till intrakavitetspumpen, genom vilken pumpfältets fastspänningseffekt observeras för första gången (bild 2). Dessutom, med hjälp av en heterodyne -metod, det uppmätta sidolägesundertryckningsförhållandet (SMSR) kännetecknas av att vara över 30 dB, så att enkelmodskarakteristiken hos Raman-lasern i supermode-mikrokavitet demonstreras otvetydigt.

"För att avslöja den underliggande fysiken för det tidigare observerade slagfenomenet, vi använde självinjektionsmetoden för att modulera modförlusterna för de två supermoden, " sa Zhang Peiji, en Ph.D. student vid Pekings universitet. Experimentellt, självinjektion introducerades av en svag reflektans på utgående laser, och en del av utmatningslasern injiceras tillbaka i kaviteten för att interferera med intrakavitetslaserfältet. Med självinjiceringsmetoden, det tidigare observerade periodiska slagfenomenet uppstod i tidsdomänen (Fig.2). Ytterligare teoretisk analys avslöjar att den tidigare rapporterade beatnoten uppstår från den transienta interferensen under växlingsprocessen mellan supermodslasrarna, snarare än samtidig lasring av de två supermoden. Applikationsmässigt, denna självinjiceringsmetod kan bidra till den selektiva genereringen av nästan degenererade lasrar och förbättringen av deras SMSR.

"Våra resultat har tydligt belyst den länge existerande debatten om lasrspektrumparadoxen för stimulerad spridning i supermode mikrohåligheter, " sade professor Xiao. "Dessutom, Detta arbete ger en insiktsfull vägledning för mikrolaserbaserade precisionsmätningar och banar väg för omkonfigurerbara ljuskällor och optiska minnen med låg strömförbrukning."