Gestimuleerde verstrooiing in supermode microholtes, zoals Raman- of Brillouin-lasers, heeft ongekende verdienste getoond voor precisiemetingen door gebruik te maken van de beat-noot in hun laserspectra. Deze beatnoot komt overeen met de energiesplitsing van supermodes en is zeer gevoelig voor externe verstoringen. Echter, een cruciale vraag houdt de onderzoekers al twee decennia bezig:zijn deze supermode microcavity lasers enkele of dubbele modi? Nutsvoorzieningen, een onderzoeksteam onder leiding van professor Xiao Yunfeng van de Universiteit van Peking heeft de laserdynamiek onthuld van een gestimuleerde verstrooiingslaser in een supermode microholte, en experimenteel aangetoond zijn single-mode aard. Dit werk is online gepubliceerd in PNAS .

De paradox komt voort uit de tegenstelling tussen de lasertheorie en experimentele waarnemingen. Aan de ene kant, vanwege de homogene winst, het pompveld moet altijd worden vastgeklemd nadat de laser uitzendt, leidend tot een single-mode laser. Anderzijds, echter, de alom waargenomen beatnotes leverden bewijs voor dual-mode lasering. "Dit kloppend fenomeen is in tegenspraak met wat we uit het leerboek hebben geleerd, maar het bestaat, " zei Cao Qitao, een Boya postdoctoraal onderzoeker aan de universiteit van Peking, "Dus we denken dat er wat natuurkunde verborgen moet zijn." De onderzoekers gebruikten oppervlakteverstrooiing om een ​​paar supermodes te construeren in een fluistergalerij-microholte (Fig.1), en genereerde een ultralage drempel Raman-laser. Vervolgens, ze hebben een add-drop-koppelingsstructuur aangenomen om de kracht van de intracaviteitspomp direct te verwerven, waarbij voor het eerst het klemeffect van het pompveld wordt waargenomen (Fig.2). Bovendien, met behulp van een heterodyne methode, de gemeten zijmodusonderdrukkingsverhouding (SMSR) wordt gekenmerkt als meer dan 30 dB, zodat de single-mode-karakteristiek van de Raman-laser in supermode-microholte ondubbelzinnig wordt aangetoond.

"Om de onderliggende fysica van het eerder waargenomen kloppend fenomeen te onthullen, we hebben de zelfinjectiemethode gebruikt om de modusverliezen van de twee supermodi te moduleren, " zei Zhang Peiji, een doctoraat student aan de Universiteit van Peking. Experimenteel, zelfinjectie werd geïntroduceerd door een zwakke reflectie op de uitgangslaser, en een deel van de uitgangslaser wordt terug in de holte geïnjecteerd om te interfereren met het laserveld binnen de holte. Met de zelfinjectiemethode, het eerder waargenomen periodieke kloppend fenomeen ontstond in het tijdsdomein (Fig. 2). Verdere theoretische analyse onthult dat de eerder gerapporteerde beatnote voortkomt uit de tijdelijke interferentie tijdens het schakelproces tussen de supermode-lasers, in plaats van het gelijktijdig laseren van de twee supermodes. Toepassingsgewijs, deze zelfinjectiemethode kan bijdragen aan de selectieve generatie van bijna gedegenereerde lasers en de verbetering van hun SMSR.

"Onze resultaten hebben duidelijk het al lang bestaande debat over de laserspectrumparadox van gestimuleerde verstrooiing in supermode-microholten opgehelderd, " zei professor Xiao. "Bovendien, dit werk biedt een inzichtelijke leidraad voor op microlaser gebaseerde precisiemetingen en maakt de weg vrij voor herconfigureerbare lichtbronnen en optische geheugens met een laag stroomverbruik."