后向瑞利散射在一维波导中的频谱演变
【重庆大学朱涛教授团队】


      窄线宽激光器由于其具有超长的相干长度和极低的相位噪声,因而在引力波探测、光原子钟、微波光子、相干光通信、长距离光纤传感和超精密测量等领域中具有非常重要的应用。为了实现激光线宽的深度压缩和频率噪声的大幅抑制,目前国内外的主要有效方案是在主激光谐振腔保持单纵模稳定运转的基础上进行弱反馈,包括单路径反馈和分布式路径反馈两种形式。其中,以瑞利散射为代表的分布式路径反馈被实验证实具有更优的激光线宽压缩效果,然而其线宽压缩机制尤其是激光在瑞利散射介质结构中的频率演化机理迄今未能得到系统的研究,由此也无法提出极致利用瑞利散射压缩激光线宽的谐振腔结构。

      重庆大学朱涛教授团队近年来致力于可控激光及精密测量技术的研究。自从朱涛教授从实验上揭示了不同光纤中的瑞利散射在一定条件下具有频谱宽度逐渐变窄的特征以后,其作为一种常态条件下激光线宽深压缩的机制,已被国内外学术界和产业界应用于超窄线宽光纤激光器和半导体激光器中。


一维波导中瑞利散射的频谱分析及演变曲线

      为了从源头上进一步揭示瑞利散射机制的频域演变特征,该团队与中国科学院物理研究所刘伍明研究员团队紧密合作,基于量子理论研究了一维波导(ODW)中瑞利散射频谱演变的动态特性,并建立了相应的频域演变模型。通过理论分析直观地揭示了一维波导中频域演变的动态规律,与先前的实验结果相吻合。此外,论文提出了一个近似的理论来描述一维波导中瑞利散射谱线宽与传输长度之间的关系,从而为激光频域线宽压缩器件的制作提供了理论支撑。借助一维波导中瑞利散射的频域演变规律,论文还给出了一种充分发挥瑞利散射来实现线宽压缩作用的激光谐振结构。这项工作一方面为理解激光线宽深压缩的机制提供了理论支撑,同时对如何设计与制作激光线宽深压缩的器件具有参考意义。

研究团队简介
重庆大学光电工程学院朱涛教授团队主要从事可控激光及精密测量方向的研究。围绕该方向开展了激光频域线宽和时域脉宽调谐机制、核心调控器件、时/频域可控激光系统和精密测量应用等多项原创性工作,形成了从基础研究到技术应用的全链条式成果。基于自有核心技术开发的可控激光及精密测量系统已在中石化储备油库的健康安全监测、航空航天、南方电网、国家煤炭等领域得到应用,并将继续研制高性能可控光源与精密测量系统以服务于国家建设。研究团队包括2名教授、1名研究员、1名副教授、4名讲师、2名博士后。目前主持国家自然科学基金杰青项目、重点项目、科技部重点研发计划项目、总装863重点项目等10余项。获教育部自然科学一等奖,四川省科技进步一等奖等省部级奖励4项。在科学出版社合作出版《光纤光栅原理及应用》专著一部;在Optics Letters, Optics Express等国内外杂志和会议上发表学术论文200余篇;授权中国发明专利20余项,转让6项。

相关论文
Li F H, Lan T Y, Huang L G, Ikechukwu I P, Liu W M et al. Spectrum evolution of Rayleigh scattering in one-dimensional waveguide. Opto-Electron Adv 2, 190012 (2019).
DOI:10.29026/oea.2019.190012