量子级联随机激光器的全光自适应控制

目前，分子跃迁的传感在各个领域愈发重要，跃迁一般对应狭窄的吸收线，该吸收线由高精尖工艺制造的太赫兹（THz）量子级联激光器（QCL）源进行探测。此外，在分子的吸收光谱上扫描频率还需要一种调节机制（既可以调节波长，也可以校正内置误差）。研究人员已经提出了几种解决方案来调整QCL。例如，通过电驱动的散热器来修改有源区的折射率；使用与QCL耦合的外部光腔来实现从12到50 GHz的连续调谐范围；还有利用近红外（NIR）激光激发的光调谐机制来控制中红外（QCL）激光的输出功率和频率。最近出现的具有多模发射的量子级联随机激光器（QCRLs），其反馈机制依赖于无序增益介质而不是传统的腔体，这些QCRL中的多重散射是由随机放置的气孔（通过有源区域蚀刻）引起的，进而出现不等间距模式的激光光谱。因此，只能改变有源区内部的散射能够调制QCRL的THz发射光谱。

       近日，来自奥地利维也纳工业大学光子学研究所和纳米微结构研究中心S. Schönhuber的研究团队展示了一种在QCRLs背景下的控制方案，其中介电常数通过强度成形光束进行空间调制。他们利用外部近红外激光束通过QCRL中随机放置的空气孔耦合到结构中，从而改变孔附近的介电常数，并利用空间光调制器，对近红外微扰的分布进行迭代优化，以重塑器件的发射。该器件最初是多模的，最终被转换成可调谐的单模光源。他们的方法为解决QCLs中的主要挑战指明了方向，例如近场探测或非线性模态相互作用的研究（例如，空间烧孔）。此外，该团队利用近红外光束空间模式中的多自由度，证明了QCRLs中的全光可控性，这使得THz光的整形能够实现非常规的光谱特性，如双色发射，并设想这种技术可以直接扩展到调谐其他特性，如激光定向性。相关研究成果发表在《Nature Communications》上。（钟雨豪）

文章链接：Schönhuber, S. et al. All-optical adaptive control of quantum cascade random lasers. Nat Commun 11, 5530 (2020).
       https://doi.org/10.1038/s41467-020-19305-8.