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Scientific Reports 6권, 기사 번호: 22625(2016) 이 기사 인용

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무작위 라만 레이저는 비활성 혼탁 또는 투명 산란 매체에서 작동하기 때문에 이제 많은 관심을 끌고 있습니다. 마지막 경우, 레일리 후방 산란을 통한 피드백을 갖춘 단일 모드 광섬유는 고품질 단방향 레이저 빔을 생성합니다. 그러나 이러한 광섬유 레이저는 스펙트럼 및 편광 특성이 다소 열악하여 전력 및 스톡스 차수가 증가함에 따라 악화됩니다. 여기에서는 편광 유지 광섬유에서 선형 편광 계단식 무작위 라만 레이징을 보여줍니다. 펌프(1.05μm)를 출력 방사선으로 변환하는 양자 효율은 스톡스 차수와 거의 독립적으로 1차(1.11μm), 2차(1.17μm) 및 3차(1.23)에 대해 79%, 83%, 77%에 달합니다. μm) 차수는 모든 차수에 대해 각각 편광 소광비 >22dB에서 발생합니다. 레이저 대역폭은 차수가 증가함에 따라 증가하지만 1-10W 범위의 전력과 거의 독립적이며 차수 1-3의 경우 각각 ~1, ~2 및 ~3nm에 이릅니다. 따라서 랜덤 라만 레이저는 스톡스 차수가 증가함에 따라 출력 특성이 저하되지 않습니다. 고유한 레이저 기능을 적절하게 설명하는 이론이 개발되었습니다. 따라서 섬유에서 계단식 무작위 라만 레이징의 전체 그림이 표시됩니다.

무작위 레이저는 현재 빠르게 성장하는 광원 클래스를 대표하며, 레이저 결정 또는 반도체 분말과 같은 무질서한 이득 매질에서 기존 광학 공동이 다중 산란 피드백으로 대체됩니다. 검토를 위해 1,2를 참조하세요. 이 분야의 최근 개발에는 무작위 레이저 성능의 개선과 새로운 유형의 무질서한 매체에서의 레이저 시연이 포함됩니다. 따라서 낮은 임계값 표면 플라즈몬 강화 레이저는 염료 도핑 폴리머3의 도파층으로 코팅된 무작위로 분포된 금 나노 섬의 매트릭스 또는 그래핀 산화물 나노플레이크가 있는 반도체 활성 매질(ZnO 나노막대)에서 시연됩니다4 . 유체 종이 기반 무작위 레이저 장치는 일반적인 종이5에 기존의 소프트 리소그래피 기술을 사용하여 제작됩니다. 무작위 레이징은 저온 증기 원자6, 활성 염료가 침투된 뼈7, 반도체 ZnO 나노입자8를 포함한 나비 날개8, 심지어 단일 세포9를 포함한 생물학적 조직에서 얻을 수 있습니다. 이러한 결과는 생체 적합성 및 이식 가능한 활성 광자 구성 요소8,9, 악성 종양 매핑10, 약리학에서 큰 잠재력을 지닌 과립11 또는 혼탁12 매체의 진단/동력학을 포함하는 새로운 유형의 생체 영상화를 실현하기 위한 첨단 기술 개발을 시작합니다. 얼룩이 없는 전체 시야 현미경 또는 디지털 조명 프로젝터 시스템에 적합한 낮은 일관성 소스의 개발도 가능합니다.

새로운 광원 개발을 위해서는 경쟁력 있는 소자 성능이 상당히 어려운 과제가 됩니다. 이러한 의미에서 섬유 기반 무작위 레이저14는 다른 유형의 무작위 레이저 및 경우에 따라 기존 레이저보다 우수한 광원으로 인식됩니다. 섬유 도파관 구조는 섬유 유연성을 사용하여 원하는 방향으로 고품질의 출력 빔(가우시안 빔 프로파일을 갖는 단일 가로 모드)을 형성하는 거의 1차원입니다. 무작위 레이저 발사의 경우 기존 통신 섬유도 적합합니다. 섬유 재료(실리카 유리)는 특히 1.5μm 정도의 통신 스펙트럼 창에서 방사선에 대해 매우 투명하기 때문에 여기의 이득 및 피드백 메커니즘은 벌크 랜덤 레이저의 메커니즘과 상당히 다릅니다. 섬유 이득은 유리 격자에서 SiO2 분자를 진동시켜 펌프 광의 비탄성 유도 라만 산란(SRS)에 의해 유도되는 반면, 피드백은 유리의 서브미크론 불규칙성에 대한 SRS 유도 스톡스 파의 탄성 레일리 산란에 의해 제공됩니다. 산란된 빛의 작은 부분(~10−3)이 광섬유로 다시 들어오는 구조입니다. 피드백은 매우 약하지만 적분 라만 이득이 섬유 길이와 펌프 전력에 비례한다는 점을 고려하면 킬로미터 길이의 수동 광섬유에서 레이저를 발사하는 데 충분합니다.