圖：顯示的是孤子波導(dǎo)中的隨機(jī)激光。通過將紅色激光束聚焦到液晶（藍(lán)色橢圓）來形成波導(dǎo)。當(dāng)染料分子被綠光泵浦時產(chǎn)生激光。這會產(chǎn)生黃光，孤子會通向輸出�？梢酝ㄟ^外部電壓控制孤子的方向和輸出。（圖片來源：坦佩雷理工大學(xué)）

隨機(jī)激光由具有增益和散射中心的隨機(jī)介質(zhì)組成，其中沿著隨機(jī)路徑的光的反復(fù)多次散射可以​​提供足夠的反饋以支持無腔激光。然而，由于它們的無序特性，隨機(jī)激光器傾向于將光發(fā)射到未指定的方向并且具有尖銳的橫向光束輪廓。這種低質(zhì)量的輸出限制了隨機(jī)激光器在許多關(guān)鍵應(yīng)用中的使用，其中必須能夠在所需位置傳送光。

來自坦佩雷理工大學(xué)（TUT;芬蘭），大學(xué)“Roma Tre”（意大利），南安普頓大學(xué)（英國）和凱斯西儲大學(xué)（美國）的一組研究人員展示了一種新的隨機(jī)激光設(shè)計(jì)，其中光學(xué)誘導(dǎo)的孤子波導(dǎo)改善了激光特性，并將激光輸出引導(dǎo)到具有良好輪廓的明確定義的方向。這樣的激光器，所定義他們的自然通訊紙，作為孤子助劑使系統(tǒng)進(jìn)入操作表現(xiàn)出晶體管樣行為，最引人注目的是，在由外部電壓可控的方向上發(fā)光。

為了克服隨機(jī)激光器的局限性，研究人員將向列型液晶全光波導(dǎo)與隨機(jī)激光相結(jié)合。摻雜有染料分子以提供增益的液晶起著兩種不同的作用。通過依賴對弱非共振連續(xù)波激光束的非線性響應(yīng)，誘導(dǎo)了光誘導(dǎo)的孤子波導(dǎo)，稱為向列相。當(dāng)染料分子通過與它們共振的脈沖激光泵浦時，散射特性為隨機(jī)激光提供足夠的反饋�？茖W(xué)家們證明了這種近場成像輔助隨機(jī)激光器具有典型特征，例如激光的泵浦能量閾值和自發(fā)發(fā)射背景下出現(xiàn)的窄光譜峰值。此外，孤子波導(dǎo)收集產(chǎn)生的光并以平滑的空間結(jié)構(gòu)將其引導(dǎo)至輸出。

“除了這些基本特性外，新型隨機(jī)激光器還具有優(yōu)于傳統(tǒng)激光器的幾個優(yōu)點(diǎn)，”負(fù)責(zé)TUT實(shí)驗(yàn)的博士生Sreekanth Perumbilavil說。“例如，我們發(fā)現(xiàn)近紅外線狀物可以降低激光的閾值。換句話說，通過打開或關(guān)閉孤子，可以使系統(tǒng)發(fā)出激光，允許類似晶體管的微弱信號（nematicon）控制一個強(qiáng)大的（激光輸出）。“

“通過對增益介質(zhì)本身起作用，我們能夠通過外部電壓控制相線來控制激光發(fā)射的輸出方向，提供第一個電壓路由隨機(jī)激光器，”訪問教授Gaetano Assanto說，他負(fù)責(zé)監(jiān)督工作。

研究人員認(rèn)為，他們的研究結(jié)果將使隨機(jī)激光器更接近實(shí)際應(yīng)用，例如，允許在一系列方向上進(jìn)行光譜分析或掃描環(huán)境。此外，這些發(fā)現(xiàn)增加了我們對隨機(jī)激光的理解。