हाल ही में, नॉर्थईस्टर्न यूनिवर्सिटी के प्रोफेसर झाओ योंग, सिचुआन यूनिवर्सिटी के एसोसिएट रिसर्चर वू हान, शेनझेन यूनिवर्सिटी के एसोसिएट रिसर्चर मा रुई और यूनिवर्सिटी ऑफ इलेक्ट्रॉनिक साइंस एंड टेक्नोलॉजी ऑफ चाइना के प्रोफेसर वांग ज़िनान की टीम ने रैंडम फाइबर लेजर के स्पेक्ट्रल कंट्रोल के तंत्र, विशेषताओं और अनुप्रयोगों में अग्रणी प्रगति को रेखांकित करने के लिए सहयोग किया है। उन्होंने उच्च स्पेक्ट्रल शुद्धता, संकीर्ण बैंड आउटपुट, लचीली तरंग दैर्ध्य ट्यूनिंग और बहु-तरंग दैर्ध्य आउटपुट के साथ रैंडम फाइबर लेजर की शोध प्रगति को व्यापक रूप से पेश किया, स्पेक्ट्रल नियंत्रण पर आधारित रैंडम फाइबर लेजर के अनुप्रयोग का संक्षेप में सारांश दिया, और स्पेक्ट्रल नियंत्रण पर आधारित रैंडम फाइबर लेजर द्वारा सामना की जाने वाली विकास संभावनाओं, शोध पथों और चुनौतियों की ओर देखा।
रैंडम लेजर के एक नए प्रकार के रूप में, रैंडम फाइबर लेजर पिछले दशक में विकसित एक शोध हॉटस्पॉट रहा है। निश्चित अनुनाद गुहा संरचनाओं के साथ पारंपरिक फाइबर लेजर की तुलना में, रैंडम फाइबर लेजर को सटीक अनुनाद गुहा संरचनाओं की आवश्यकता नहीं होती है और इसमें उच्च संरचनात्मक डिजाइन स्वतंत्रता होती है। रैंडम फाइबर लेजर में रूपांतरण दक्षता, दिशात्मकता, लागत आदि में फायदे हैं, और यह उच्च प्रदर्शन वाले लेजर के विभिन्न रूपों के निर्माण के लिए एक अच्छा मंच प्रदान कर सकता है। विशेष रूप से, विभिन्न लाभ मीडिया पर आधारित रैंडम फाइबर लेजर में उत्कृष्ट तरंग दैर्ध्य लचीलापन होता है और 1 ~ 2.1µm बैंड में मनमाने तरंग दैर्ध्य लेजर लेसिंग प्राप्त कर सकता है। हाल के वर्षों में, शोधकर्ताओं ने रैंडम फाइबर लेजर की वर्णक्रमीय विशेषताओं पर गहन सैद्धांतिक और प्रायोगिक शोध किया है। वर्णक्रमीय विनियमन के माध्यम से, रैंडम फाइबर लेजर उच्च वर्णक्रमीय शुद्धता, संकीर्ण बैंडविड्थ और बहु-तरंग दैर्ध्य आउटपुट की क्षमता प्रदर्शित करते हैं। इसके अतिरिक्त, अपनी अद्वितीय वर्णक्रमीय विशेषताओं के साथ यादृच्छिक फाइबर लेजर में फाइबर-ऑप्टिक संचार, फाइबर-ऑप्टिक सेंसिंग, स्पैकल-फ्री इमेजिंग, सुपरकॉन्टिनम जेनरेशन, नॉनलाइनियर फ्रीक्वेंसी रूपांतरण, मध्य-अवरक्त लेजर पंप स्रोत और लेजर-संचालित जड़त्वीय परिरोध संलयन (चित्र 1) में व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं हैं।
यादृच्छिक फाइबर लेज़रों की वर्णक्रमीय विशेषताओं पर बुनियादी अनुसंधान
यादृच्छिक फाइबर लेजर की वर्णक्रमीय विशेषताओं का सैद्धांतिक रूप से वर्णन और विश्लेषण करने तथा उनके भौतिक नियमों का पता लगाने के लिए, शोधकर्ताओं ने यादृच्छिक फाइबर लेजर की आउटपुट पावर और वर्णक्रमीय परिवर्तन प्रक्रिया का सटीक मूल्यांकन करने के लिए एक स्पेक्ट्रम-निर्भर शक्ति स्थिर-अवस्था संतुलन मॉडल, एक गैर-रेखीय श्रोडिंगर मॉडल और एक तरंग गतिकी मॉडल प्रस्तावित किया है। हाल के वर्षों में, शोधकर्ताओं ने यादृच्छिक फाइबर लेजर की वर्णक्रमीय सांख्यिकीय विशेषताओं का प्रयोगात्मक रूप से पता लगाया है, यादृच्छिक फाइबर लेजर में प्रतिकृति समरूपता को पेश किया है, और यादृच्छिक फाइबर लेजर में अव्यवस्था और गैर-रेखीय अंतःक्रियाओं का पता लगाने के लिए स्पिन ग्लास सिद्धांत पर आधारित सांख्यिकीय विश्लेषण विधियों का उपयोग किया है।
उत्कृष्ट तरंगदैर्घ्य लचीलेपन के साथ यादृच्छिक फाइबर लेजर
तृतीय-क्रम गैर-रेखीय प्रभाव लाभ (जैसे कि प्रेरित रमन प्रकीर्णन और प्रेरित ब्रिलोइन प्रकीर्णन) और दुर्लभ-पृथ्वी आयन डोपिंग सक्रिय लाभ (जैसे कि यटरबियम-, एर्बियम-, एर्बियम/यटरबियम-, बिस्मथ-, और थुलियम-डोप्ड सक्रिय फाइबर) सहित विभिन्न लाभ तंत्रों से लाभान्वित होकर, यादृच्छिक फाइबर लेजर 1-2.1µm बैंड में काम कर सकते हैं। स्थिर पंपों का उपयोग करने वाले यादृच्छिक फाइबर लेजर में, ट्यूनेबल फ़िल्टर या तरंगदैर्घ्य-निर्भर बिंदु दर्पणों को संयोजित करने और फ़िल्टर या बिंदु दर्पणों के केंद्र तरंगदैर्घ्य को बदलने से एक विस्तृत श्रृंखला में समतल और कुशल तरंगदैर्घ्य ट्यूनिंग प्राप्त की जा सकती है। इसके अलावा, तरंगदैर्घ्य-प्रोग्रामेबल बिंदु दर्पणों को पेश करके, यादृच्छिक फाइबर लेजर के स्पेक्ट्रम को डिज़ाइन किए गए वर्णक्रमीय आकार के अनुसार प्रोग्राम किया जा सकता है और लगातार ट्यून किया जा सकता है। विशेष रूप से, ब्रॉडबैंड बिंदु दर्पण और बैकस्कैटरिंग फीडबैक पर आधारित कैस्केडेड रैंडम रमन फाइबर लेजर के लिए, पंप तरंगदैर्ध्य और पंप शक्ति को सीधे बदलकर लेजर तरंगदैर्ध्य को एक बड़ी रेंज में लगातार ट्यून किया जा सकता है।
यादृच्छिक फाइबर लेज़रों का वर्णक्रमीय नियंत्रण
कैस्केड रैंडम रमन फाइबर लेजर में बेहतरीन तरंगदैर्ध्य लचीलापन होता है। हालांकि, कैस्केड रूपांतरण प्रक्रिया के दौरान, अवशिष्ट कम-क्रम स्टोक्स प्रकाश लेजर की वर्णक्रमीय शुद्धता को कम कर देगा। एक नए प्रकार के समय-डोमेन स्थिर पंप स्रोत (जैसे असंगत ब्रॉडबैंड प्रवर्धित सहज उत्सर्जन पंपिंग, यटरबियम-डोप्ड रैंडम फाइबर लेजर पंपिंग, और लाइनविड्थ ब्रॉडेड सिंगल-फ़्रीक्वेंसी लेजर पंपिंग) को अपनाकर, शोधकर्ताओं ने उच्च वर्णक्रमीय शुद्धता के साथ कई प्रकार के कैस्केड रैंडम रमन फाइबर लेजर हासिल किए हैं। दूसरी ओर, उच्च पंप शक्ति के तहत, फाइबर में चार-तरंग मिश्रण और क्रॉस-फ़ेज़ मॉड्यूलेशन जैसे गैर-रेखीय प्रभावों से प्रभावित, पूरी तरह से खुले-गुहा यादृच्छिक फाइबर लेजर का आउटपुट स्पेक्ट्रल बैंडविड्थ आम तौर पर कई नैनोमीटर के क्रम पर होता है। उच्च दक्षता वाली लेजर आवृत्ति दोहरीकरण, उच्च परिशुद्धता माप और सुसंगत फाइबर संचार जैसे परिदृश्यों में संकीर्ण-लाइनविड्थ प्रकाश स्रोतों की जरूरतों को पूरा करने के लिए, सेमी-ओपन-कैविटी रैंडम फाइबर लेजर संरचना में समायोज्य स्पेक्ट्रल आकार और बैंडविड्थ के साथ विभिन्न बिंदु परावर्तकों को जोड़कर संकीर्ण-बैंड यादृच्छिक फाइबर लेजर प्राप्त किया जा सकता है, या विभिन्न लाभ मीडिया (जैसे उत्तेजित ब्रिलौइन बिखराव) और विभिन्न निष्क्रिय फाइबर (जैसे ध्रुवीकरण-बनाए रखने वाले फाइबर, उच्च-बिखरने वाले फाइबर) का उपयोग करके और पंपिंग योजना को अनुकूलित करके। इसके अलावा, लेजर में स्पेक्ट्रल फ़िल्टरिंग तत्वों को जोड़कर या कैस्केडेड उत्तेजित ब्रिलौइन बिखराव लाभ का उपयोग करके यादृच्छिक फाइबर लेजर के बहु-तरंगदैर्ध्य आउटपुट को प्राप्त किया जा सकता है।
वर्णक्रमीय नियंत्रण पर आधारित यादृच्छिक फाइबर लेज़रों का अनुप्रयोग
रैंडम फाइबर लेजर की संरचनात्मक डिजाइन और लचीली तरंग दैर्ध्य रूपांतरण उन्हें वितरित सिग्नल प्रवर्धन, उच्च सिग्नल-टू-शोर अनुपात फाइबर सेंसिंग, नॉनलाइनियर आवृत्ति रूपांतरण और मध्य-अवरक्त पंपिंग जैसे अनुप्रयोगों की जरूरतों को पूरा करने के लिए विशेष बैंड में लेजर लेसिंग को साकार करने के लिए अधिक उपयुक्त बनाता है। साथ ही, गुंजयमान गुहा संरचनाओं पर आधारित फाइबर लेजर की तुलना में, स्पेक्ट्रल रूप से मोडलेस रैंडम फाइबर लेजर में बेहतर समय डोमेन स्थिरता साबित हुई है। इसलिए, लेजर स्रोत स्थिरता के लिए उच्च आवश्यकताओं वाले अनुप्रयोग परिदृश्यों में रैंडम फाइबर लेजर के अधिक फायदे हैं। इसके अलावा, रैंडम फाइबर लेजर की कम सुसंगतता और वर्णक्रमीय नियंत्रणीयता उन्हें उच्च-प्रदर्शन इमेजिंग और लेजर-चालित जड़त्वीय कारावास संलयन में अद्वितीय अनुप्रयोग क्षमता दिखाने में सक्षम बनाती है।
