Espalhamento estimulado em microcavidades supermodo, como lasers Raman ou Brillouin, demonstrou mérito sem precedentes para medições de precisão, explorando a nota de batida em seus espectros lasing. Esta nota de batida corresponde à divisão de energia dos supermodos e é altamente sensível a quaisquer perturbações externas. Contudo, uma questão central intrigou os pesquisadores por duas décadas:esses lasers de microcavidade supermodo são de modo único ou duplo? Agora, uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Xiao Yunfeng da Universidade de Pequim revelou a dinâmica do laser de espalhamento estimulado em uma microcavidade supermodo, e demonstrou experimentalmente sua natureza de modo único. Este trabalho foi publicado online em PNAS .

O paradoxo surge da contradição entre a teoria do laser e observações experimentais. Por um lado, devido ao ganho homogêneo, o campo da bomba deve sempre ser fixado após a emissão do laser, levando a um laser de modo único. Por outro lado, Contudo, as notas de batida amplamente observadas forneceram evidências para lasing de modo duplo. "Este fenômeno de espancamento realmente contradiz o que aprendemos com o livro, mas existe, "disse Cao Qitao, um pesquisador de pós-doutorado Boya na Universidade de Pequim, "então pensamos que deve haver alguma física escondida." Os pesquisadores usaram o espalhamento de superfície para construir um par de supermodos em uma microcavidade de galeria sussurrante (Fig.1), e gerou um laser Raman de limiar ultrabaixo. Então, eles adotaram uma estrutura de acoplamento add-drop para adquirir diretamente a potência da bomba intracavidade, pelo qual o efeito de aperto do campo da bomba é observado pela primeira vez (Fig.2). Além disso, com a ajuda de um método heteródino, a taxa de supressão do modo lateral medido (SMSR) é caracterizada por ser superior a 30 dB, de modo que a característica de modo único do laser Raman em microcavidade supermodo é inequivocamente demonstrada.

"Para revelar a física subjacente ao fenômeno de espancamento observado anteriormente, utilizamos o método de auto-injeção para modular as perdas de modo dos dois supermodos, "disse Zhang Peiji, um Ph.D. estudante da Universidade de Pequim. Experimentalmente, auto-injeção foi introduzida por uma refletância fraca no laser de saída, e parte do laser de saída é injetado de volta na cavidade para interferir com o campo do laser intracavitário. Com o método de autoinjeção, o fenômeno de espancamento periódico previamente observado emergiu no domínio do tempo (Fig.2). Uma análise teórica adicional revela que a nota de batida relatada anteriormente surge da interferência transitória durante o processo de comutação entre os lasers supermodo, em vez do lasing simultâneo dos dois supermodos. Em termos de aplicação, este método de autoinjeção pode contribuir para a geração seletiva de lasers quase degenerados e a melhoria de seu SMSR.

"Nossos resultados elucidaram claramente o debate existente há muito tempo sobre o paradoxo do espectro laser de espalhamento estimulado em microcavidades supermodo, "disse o professor Xiao." Além disso, este trabalho fornece uma orientação perspicaz para medições de precisão baseadas em microlaser e abre caminho para fontes de luz reconfiguráveis ​​e memórias ópticas de baixo consumo de energia. "