Supporting Online Material for "Strong Interactions in Multimode Random Lasers"
Hakan E. Türeci, Li Ge, Stefan Rotter, A. Douglas Stone
此预印本包含我们的论文“多模随机激光中的强相互作用”的在线支持材料，Science 320，643（2008）（也可在：arXiv：0805.4496获得）。
This preprint contains the Supporting Online Material for our paper ''Strong Interactions in Multimode Random Lasers'', Science 320, 643 (2008) (also available at: arXiv:0805.4496).
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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Strong Interactions in Multimode Random Lasers
与传统激光器不同，漫随机激光器（DRL）没有谐振器来捕获光，也没有高Q谐振来支持激光发射。由于缺乏尖锐的共振，DRL对传统的激光理论提出了挑战。我们提出了一个理论，能够严格处理的DRL，并提供结果的激光光谱，内部场和输出强度的DRL。典型地，DRL是高度多模激光器，以多个波长发射光。我们表明，通过在这样的激光器中的增益介质的模式相互作用是非常强的，并导致均匀间隔的频谱，与最近的实验观察。
Multimode Nonlinear Dynamics in Anomalous Dispersion Spatiotemporal Mode-locked Lasers
研究了反常色散激光器的时空锁模。可以观察到具有不同模态含量的锁模态，但我们发现很难观察到高度多模态。我们描述了这些锁模态的性质，并将其与数值模拟的结果进行了比较。讨论了利用多模孤子产生高多模态和激光的前景。
Recent developments in the theory of multimode random lasers
我们回顾了最近半经典多模激光理论在具有重叠共振和非均匀折射率的开放系统中的扩展。该理论的一个重要组成部分是双正交准模，它描述了开放无源系统中的场衰减，并用作激光模式的基础。我们讨论了半经典理论的应用，以及其他与模式竞争随机激光相关的实验和数值结果。
Statistical mechanics models for multimode lasers and random lasers
本文综述了多模激光理论的统计力学方法。该理论已被证明对描述标准激光器非常有效。我们参考了被动锁模的平均场论，以及基于蒙特卡罗模拟和腔方法的发展，研究了频率匹配条件的作用。讨论了开放无序腔中多模激光的完整理论的现状，并给出了在此框架下的一般统计模型的推导。当光在无序介质中传播时，可以通过复制方法来分析系统。对于高度的无序和非线性，预期在激光阈值处会出现玻璃态行为，这为玻璃和光子学之间提供了一种暗示性的联系。我们详细描述了一般哈密顿模型的平均场近似的结果，并提到一个可用的测试复本对称性破缺的强度谱测量。最后，我们总结了一些前景仍然开放的这种方法。
Ab-initio theory of quantum fluctuations and relaxation oscillations in multimode lasers
我们提出了一个\emph{ab-initio}半解析解的复杂腔微结构激光器的噪声谱，包括中心洛伦兹峰在多模激射频率和额外的侧峰由于弛豫振荡（RO）动力学。In~ Ref.~ 1，我们通过求解广义激光速率方程计算了中心峰线宽，该方程是通过调用涨落耗散定理将噪声关联与稳态激光特性联系起来而从Maxwell-Bloch方程导出的;在这里，我们推广了这种方法并获得了整个激光光谱，重点是RO侧峰。我们的配方处理不均匀性，腔开放性，非线性和多模效应准确。我们发现了一些新的影响，包括新的多模RO侧峰和三个广义$α$因素。最后，我们应用这些公式计算了单模和多模光子晶体激光器的噪声谱。
Rectified diode response of a multimode quantum cascade laser integrated terahertz transceiver
研究了太赫兹量子级联激光器中二极管的直流输运响应随激光电流的变化规律。的整体响应被描述为平行的贡献，由于二极管I-V的非线性和热激活的运输从激光场的整流。当激光器从单模改变到多模操作时，二极管响应中的突然跳跃，在输出功率中没有相应的跳跃，表明二极管和激光场之间的耦合取决于内部场的空间分布。结果表明，内部激光场直接耦合到集成二极管。
Laser Beam Profile Influence on LIBS Analytical Capabilities: Single vs. Multimode Beam
比较了单激光束与多模激光束在钢样品上的激光烧蚀。激光等离子体特性和分析能力（精密度、检测限）用作比较的关键参数。已观察到高斯光束在焦斑处的峰值通量较高，尽管脉冲能量低约14倍。为了估计光束轮廓的影响，对等能量的高斯光束和多模光束进行了比较。与多模激光相比，单模激光（高斯光束）导致分析信号的更好的再现性，而激光能量再现性对于两种情况是相同的。精度的提高归因于更稳定的激光烧蚀，由于更好的再现性的光束轮廓通量在激光点。高斯激光束的等离子体温度和电子密度较高。校准曲线，获得了研究中的四个元素（铬，锰，硅，铜）。两个采样（钻孔和扫描程序）和两个光学检测方案（侧视图和光纤）被用来比较高斯和多模光束轮廓对LIBS分析能力的影响。我们已经发现，多模光束采样的强烈影响的表面效应（杂质，缺陷等）。对于所有的采样和检测方案，如果使用高斯光束进行采样，可以获得更好的精度。在单点采样的情况下，多模光束实现了更好的检测限。如果激光源具有相同的波长和能量，那么激光束的质量就成为决定等离子体特性和LIBS分析能力的关键参数
Stabilizing Multimode Hopping Oscillations and Reducing Associated Noise in Long Wavelength Laser Diode Using External Optical Feedback
报道了利用外光反馈（OFB）将长波长半导体激光器中的多模跳频振荡（MHO）转换为单模振荡（SMO）。我们表征和比较的激光器的噪声性能时，支持SMO和多模振荡。这项研究是基于一个修改的时间延迟多模速率方程模型的激光器，其中包括光谱增益抑制机制，以及由于外部反射器的多次反射引起的OFB。研究结果应用于1. 55 μ m-InGaAsP激光器，该激光器在孤立态下具有多模跳变特性，并支持宽带宽。根据相对强度噪声（RIN）来评估噪声。我们发现，当OFB与非对称增益抑制（AGS）叠加时，它增强了一个较长波长模的增益，并支持SMO。在这种情况下，OFB改善了激光器的噪声性能。另一方面，当OFB对抗AGS时，它会维持跳频多模振荡（HMMO），降低边模抑制比（SMSR）和噪声性能。
Self-cleaning effect in an all-fiber spatiotemporal mode-locked laser based on graded-index multimode fiber
我们实现了一种基于渐变折射率多模光纤的全光纤时空锁模激光器。由于渐变折射率多模光纤器件具有较高的损伤阈值，输出单脉冲能量高达11.67 nJ。由于自清洁效应，锁模状态下的光束质量比连续波状态下有明显改善。通过多模光纤放大器对脉冲进行放大，可以在基于梯度折射率模场光纤的全光纤系统中获得高功率、高光束质量的脉冲。
Spatiotemporal mode-locking in multimode fiber lasers
激光器基于其谐振器的电磁模式，谐振器提供振荡所需的反馈。用单横模控制激光器中纵模的相互作用已经取得了巨大的进展。例如，超快科学领域建立在激光器上，激光器将许多纵模锁定在一起，形成超短光脉冲。然而，激光器中多个纵模和横模的相干叠加却很少受到关注。众多不同的频率间隔，强烈的色散，以及模式之间复杂的非线性相互作用，大大有利于退相干的出现秩序。在这里，我们报告的锁定多个横向和纵向模式的光纤激光器产生超快时空脉冲。我们使用渐变折射率多模光纤（GRINMMF）构建多模光纤腔。这导致空间和纵向模式色散是可比的。这些色散被强大的腔内空间和光谱滤波所抵消。在这些条件下，我们实现时空，或多模（MM），锁模。还可以观察到其他多种多模非线性动力学过程。多模光纤激光器为三维非线性波传播的研究开辟了新的方向。产生可控时空场的激光器，峰值功率比现有设计增加几个数量级，应该是可能的。这将增加激光在许多已建立的应用中的实用性，并促进新的应用。
All-fiber spatiotemporally mode-locked laser with multimode fiber-based filtering
我们首次在全光纤时空锁模激光器中实现了多模光纤干涉滤波。该振荡器产生了平均功率为12 mW、脉宽为6.24 ps、重复频率为24.3 MHz的1036 nm耗散孤子脉冲。报道的脉冲能量（0.5 nJ）表示比先前报道的具有多模干涉滤波的单模全正常色散锁模激光器提高约4倍。数值模拟揭示了腔和时空锁模动力学。所提出的振荡器提出了一种替代方法来实现时空锁模与全光纤设计，可以简单地制造。
High-brightness multimode fiber laser amplifier
本文研究基于波前整形的多模光纤激光放大器，通过将散斑转换为集中光斑实现168 W高亮度输出，并提出全光纤方案，为突破单模光纤功率限制提供新路径。
High-resolution digital control of highly multimode laser
本文提出了一种快速有效的方法来产生强度、相位和相干分布可控的激光束。它是基于一个简并腔激光器，其中一个数字相位空间光调制器被纳入。我们表明，各种独特的和高分辨率的形状的激光束可以产生低或高的空间相干性。我们还表明，通过控制相位，强度和相干分布，激光束可以有效地整形后的传输。
Chaotic mode-competition dynamics in a multimode semiconductor laser with optical feedback and injection
本文数值研究了具有光反馈和光注入的多模半导体激光器中的混沌模式竞争动力学，提出通过调节初始光频率失谐控制主导模式比率，并揭示其区域与注入锁定范围不一致，为光子人工智能应用提供控制技术。
Multimode fiber laser cavities as nonlinear optical processors
利用多模光纤激光谐振腔实现非线性光学处理，通过多模干涉和增益饱和动力学进行高维变换，实现高准确率的分类任务，且参数数量远少于深度神经网络。
Suppression of Interactions in Multimode Random Lasers in the Anderson Localized Regime
理解随机激光是一个巨大的理论挑战。与传统激光器不同，随机激光器没有谐振腔来捕获光，它们是高度多模的，具有潜在的强模式相互作用，并且它们基于无序增益介质，其中光子经历随机多次散射。众所周知，干涉效应会改变波在这种随机介质中的传播，但人们对它们在非线性和相互作用下的命运知之甚少。在这里，我们提出了一个半经典理论的多模随机激光在强散射制度。我们表明，安德森局域化，波干涉效应，是不受非线性的存在。相反，它的存在抑制同时激射模式之间的相互作用。使用最近构建的理论，复杂的多模激光器，我们分析如何证明安德森局域化的非相互作用，单极近似。因此，强散射随机激光器中的激光模式由无源腔的长寿命安德森局部模式给出，其频率和波剖面不随泵浦而变化，即使在模式空间重叠的多模状态下也是如此。
Photonic ferromagnetic-like spontaneous mode-locking phase transition with replica symmetry breaking in multimode Nd:YAG laser
最近关于光子实验中的复本对称性破缺（RSB）现象的报道[1-5]促进了对多模激光器中无序作用的理解，并有助于解决与复杂系统的统计物理学的启发性联系[6-13]。当相同准备的系统副本达到不同的状态时，RSB就会出现，从而产生不同的可观测量[14]。在这里，我们证明了在一个传统的多模Nd：YAG激光器在一个封闭的腔中的自发锁模制度的RSB。其基本机制与非相干振荡模式的无腔随机激光器中的RSB玻璃纤维相位完全不同。在这里，一个特定的非均匀分布的增益发生在每个脉冲，和挫折感，因为一个给定的子集的纵向模式的相干振荡占主导地位，同时抑制其他的诱导。然而，当引入高损耗时，仅观察到复制对称的放大的刺激发射。因此，我们建议RSB跃迁可以用作标准多模激光器中阈值的标识符，正如最近提出并证明的随机激光器[1，2]。
Mode-locked fiber laser with offset splicing between two multimode fibers as a saturable absorber
提出了一种基于两种渐变折射率多模光纤偏置拼接技术的新型锁模光纤激光器，并进行了实验验证。偏置拼接点结构通过非线性多模干涉机制充当可饱和吸收体。该器件的吸收调制深度为2.8%，饱和强度为2.5 MW/cm 2。当泵浦功率达到114 mW时，光纤激光器工作在稳定的锁模状态。该激光器的振荡波长为1039 nm，脉冲宽度为17.6 ps，重复频率为32.619 MHz，信噪比为65 dB。光纤激光器具有成本低、损伤阈值高、易于制造等优点，在超快光子学和工业加工等领域有着广泛的应用前景。
Mode competition and anomalous cooling in a multimode phonon laser
本文研究了多模“声子激光器”中的模式竞争，该激光器由一个采用高反射膜作为输出耦合器的光学腔组成。机械增益由腔内辐射压力提供，许多机械模式耦合到腔内辐射压力。我们计算了增益，发现一个模的强振荡抑制了其它模的增益。对于足够强的振荡，其他模式的增益实际上改变了符号，变成了阻尼，我们称之为“异常冷却”。“我们证明了模式竞争导致单模操作，并发现与我们的理论非常一致，包括异常冷却。
Single mode output by controlling the spatiotemporal nonlinearities in mode-locked femtosecond multimode fiber lasers
由于单模光纤纤芯的空间限制引起的高非线性，限制了光纤锁模激光器的性能。为了大量增加飞秒脉冲的脉冲能量，在振荡器外部获得放大。近年来，时空锁模被认为是光纤激光器的一条新的发展方向。然而，光束质量是高度多模和/或具有低脉冲能量。本文提出了一种在锁模多模光纤振荡器中直接获得高脉冲能量的方法，其输出光束接近单模。我们的方法依赖于通过非线性克尔效应的空间自光束清洁，并且我们展示了具有M2<1.13光束轮廓、高达24 nJ能量和低于100 fs压缩持续时间的多模光纤振荡器。报道的方法是进一步的功率可扩展的较大芯尺寸的光纤，并可能有利于应用，需要高功率超短激光器与商用光纤。
Ho:YAG Thin-Disk Laser with 230 W Multimode and 150 W Single-Mode Output
该研究展示了一种Ho:YAG薄盘激光器在百瓦级连续波输出，多模输出达230 W，单模输出152.3 W，具备高效率和优良束质量。
Ab-initio multimode linewidth theory for arbitrary inhomogeneous laser cavities
我们提出了一个多模激光线宽理论的任意腔结构和几何形状，包含几乎所有以前已知的影响，并发现新的非线性和多模校正，例如一个坏腔校正亨利$α$因子和多模Schawlow-汤斯关系（每个线宽是正比于所有激光模式的逆功率之和）。我们的理论产生了一个定量准确的公式的线宽，没有自由参数，包括系统的全部空间自由度。从Maxwell-Bloch方程出发，我们通过引入随机电流来处理量子和热噪声，随机电流的相关性由涨落耗散定理给出。我们推导出激光模振幅的耦合模方程，并得到了稳态激光模上的简单积分的线宽公式。
Yb-doped all fiber picosecond laser based on grade-index multimode fiber with microcavity
本文提出了一种基于可饱和吸收体的全光纤锁模激光器，该锁模激光器是基于一段渐变折射率多模光纤，其内部的微腔嵌入在拼接点处。在适当的弯曲状态下，这种非线性可饱和吸收体的吸收调制深度为2.2%。该光纤激光器中心波长为1035nm，平均功率为1.26mW，脉宽为17.05ps，重复频率为37.098MHz。这种可饱和吸收体具有低成本、高稳定性和高损伤阈值等优点，有望在光传感、材料加工和光探测等领域得到应用。
Stabilization of Spatiotemporal Dissipative Solitons in Multimode Fiber Lasers by External Phase Modulation
在这项工作中，我们介绍了一种稳定时空孤子的方法。这些孤子对应于多模光纤激光器中的光弹、能量可伸缩的波导振荡器和放大器、玻色-爱因斯坦凝聚体中的局域相干图样等。我们证明了由空间横向（径向）抛物线梯度折射率和耗散分布形成的三维限制势，结合二次时间相位调制，可以允许产生稳定的时空耗散孤子。这对应于将相位锁模与分布式克尔透镜锁模相结合。我们的孤子特性和稳定性的研究是基于广义耗散Gross-Pitaevskii方程的解析解和数值解。这种方法可以导致在多模光纤激光器、波导振荡器和弱耗散玻色-爱因斯坦凝聚体中形成的相干时空光束结构中获得更高的能量（或凝聚体质量）。
Analysis of Laser & Detector Placement in MIMO Multimode Optical Fiber Systems
多模光纤（MMF）为中小型网络提供了一种经济高效的连接解决方案。然而，通过多模光纤的数据速率传统上受到模式色散的限制。信号处理和多输入多输出（MIMO）已被证明是有效地克服这些限制，但在MMF中的MIMO的特定目的的设备设计仍然是一个悬而未决的问题。本文利用一个统计场传输模型来辅助分析和设计模场光纤激光器和探测器阵列，旨在提高光纤的数据传输速率。仿真结果表明，最佳的设备设计可以拥有2-3倍的数据承载能力的次优的。
Spectrally resolved far-fields of terahertz quantum cascade lasers
我们提出了一种方便快捷的方法来测量光谱分辨的多模太赫兹量子级联激光器的远场，结合微测辐射热计焦平面阵列与FTIR光谱仪。区分了多模法布里-珀罗型激光器的基模TM 0和高阶横模TM 1的远场，与三维有限元模拟结果吻合得很好。此外，还研究了多模随机激光腔，分析了各单模激光对总远场的贡献。因此，所提出的方法是一个重要的工具，以获得在太赫兹频率的多模激光腔的发射特性的深入了解，这对未来的传感应用变得越来越重要。
Holographic imaging with multimode, large free spectral range lasers in photorefractive sillenite crystals
本文从理论和实验两方面研究了半导体激光器在硅铝尖晶石型光折变晶体Bi_（12）TiO_（20）中对刚性物体的全息成像。它示出，由于多波长的发射和通常大的自由光谱范围的这种光源，轮廓条纹出现在全息图像上对应的表面浮雕，即使在单次曝光记录。分析了出射模数对条纹宽度的影响，指出了轮廓条纹在光学计量领域的可能应用。
Watt-level widely tunable single-mode emission by injection-locking of a multimode Fabry-Perot quantum cascade laser
自由运行的法布里-珀罗激光器通常在单模状态下工作，直到泵浦电流增加到超过单模不稳定性阈值，超过该阈值，它们演变成多模状态。由于这种不稳定性，这些激光器的单模操作通常被限制在其输出功率范围的百分之几，这是光谱应用中不希望的限制。为了扩大单模操作的跨度，我们使用由外腔单模激光源产生的光学注入种子来迫使法布里-佩罗量子级联激光器在高电流范围内进入单模状态，否则它将在高电流范围内进入单模状态。在多模状态下操作。利用这种方法，我们实现了单模发射在室温下与$36 \, \mathrm{cm}^-1$的调谐范围和稳定的连续波输出功率超过1 W。远场测量结果表明，一个单一的横模发射到最高的光功率，表明种子法布里-珀罗激光器的光束特性保持不变相比，自由运行的操作。
Efficient computation of coherent multimode instabilities in lasers using a spectral approach
本文提出CFTD谱方法，利用非厄米Constant Flux模式投影时域方程，高效模拟并预测环形激光器中的相干多模不稳定性，在频率梳和时空混沌等复杂动力学区域中兼具数值精度、加速效果与半解析洞见。
Distributed Kerr-Lens Mode-Locking Based on Spatiotemporal Dissipative Solitons in Multimode Fiber Lasers
介绍了多模光纤激光器中稳定时空孤子的形成机制。这是基于空间梯度耗散，导致分布式克尔透镜锁模。我们的分析涉及广义耗散Gross-Pitaevskii方程的解决方案。该方程在非线性物理学中有广泛的应用，包括非线性光学、时空图案形成、等离子体动力学和玻色-爱因斯坦凝聚体。我们证明，耗散和非耗散物理机制的精心控制的结果在稳定的（2+1）维耗散孤子的自出现。实现这样一种状态并不需要任何额外的耗散非线性的存在，如激光器中的锁模器，或玻色-爱因斯坦凝聚体中的非弹性散射。我们的方法允许通过相干局域结构（例如超短激光脉冲或玻色-爱因斯坦凝聚体）获得稳定的能量（或“质量”）。
Influence of Asymmetric Gain Suppression on Relative Intensity Noise Properties of Multimode Semiconductor Lasers
介绍了多模半导体激光器中非对称增益抑制（AGS）引起的模式振荡类型的噪声特性的建模和仿真。该研究是基于数值积分的速率方程系统的21振荡模式考虑到自和交叉模式增益抑制机制。AGS在预定义参数方面变化，该预定义参数由线宽增强因子和差分增益控制。基于对模式动力学的密集模拟，我们给出了可能的模式振荡类型的映射（AGS与电流）图。当激光振荡为跳频多模振荡（HMMO）时，总输出模和跳频模的相对强度噪声（RIN）谱在弛豫振荡（RO）频率附近有一个尖峰，在跳频频率附近有一个宽峰。在单模振荡（SMO）区，RIN的水平比在HMMO下的低得多，并且模式分配噪声低两个数量级。
Antiphase dynamics in a multimode semiconductor laser with optical injection
对光注入双模半导体激光器的反相动力学进行了详细的实验研究。该器件是一种专门设计的法布里-珀罗激光器，支持具有THz频率间隔的两个主模。注入的设备的主要模式之一，导致了丰富的各种各样的单模式和双模式的动力学场景，这是再现了显着的精度由一个四维速率方程模型。数值分岔分析揭示了环面分岔的重要性，在调解过渡到反相动力学和鞍节点的极限环分岔之间切换的单模式和双模式制度的动态。
Spatial beam self-cleaning in tapered Yb-doped GRIN multimode fiber with decelerating nonlinearity
我们实验证明了空间光束自清洁在掺镱渐变折射率多模光纤锥，无论是在被动和主动配置。注入1064 nm的输入激光束，用于从锥体的小芯侧传播到大芯侧，其中激光二极管以反向配置泵浦。克尔效应允许在没有伴随频率转换的情况下获得高光束质量放大。因此，我们的非线性锥形放大器可以为多模光纤激光器和放大器提供重要的构建模块。
Condensation of Thresholds in Multimode Microlasers
我们表明，从从头算激光理论，通过选择一个适当的空间泵浦分布，许多不同的空间模式的一个典型的微激光器可以打开在相同的泵浦能量，大大增加了数量，N，同时激射模式。当系统被均匀泵浦到第N个模阈值时，可以简单地从空间相关的饱和增益分布的知识获得最佳泵浦分布。我们通过将其应用于二维扩散随机激光器和微盘激光器来检验这个一般结果。在合理的泵浦功率下实现高度多模激光发射对于降低激光源的空间相干性是有用的，使得它们适合用于无斑点成像和其他应用。
Spatio-Temporal Supermodes:Rapid Reduction of Spatial Coherence in Highly Multimode Lasers
空间相干性量化了空间场随时间的相关性，并且是光的基本性质之一。在这里，我们研究的高度多模激光器在短时间尺度的制度的空间相干性。反直观地，我们表明，在这个制度中，时间（纵向）模式在空间相干性降低中发挥着至关重要的作用。为了评估空间相干性，我们测量了由具有超过$10^5$激射空间（横向）模式的高度多模激光器产生的散斑场的时间动态，并检查了散斑对比度对检测设备的曝光时间的依赖性。我们发现，在短时间尺度的制度，空间和时间模式相互作用，形成时空超模，这样的空间自由度编码到时间模式。结果，散斑对比度取决于时间模式的数量，并且空间相干度降低并且散斑对比度被抑制。在长时间尺度下，超模不再是激光模式结构的有效表征。因此，空间相干性是独立的时间模式，和经典的结果，其中的散斑对比度被抑制的空间模式的数量，得到。由于这种新的时空机制，高度多模激光器可用于高速全场成像应用中的散斑抑制，正如我们在这里展示的快速移动物体的成像。
A "metaphorical" nonlinear multimode fiber laser approach to weakly-dissipative Bose-Einstein condensates
我们证明了二维非线性波图案的稳定性的耗散禁闭势的手段。基于广义耗散Gross-Pitaevskii方程，利用玻色-爱因斯坦凝聚体的动力学与工作在反常色散区的锁模光纤激光器的动力学之间的密切相似性，进行了解析和数值分析.在最后一种情况下，稳定的二维图案的形成对应于时空锁模，使用耗散增强模式清洗。我们分析了模式不稳定的主要方案，从孤子溶解到分裂和时空湍流，以及它们对梯度耗散的依赖。
Experimental control of mode-competition dynamics in a chaotic multimode semiconductor laser for decision making
本研究通过实验控制混沌多模半导体激光器中的模式竞争动力学，发现正波长失谐可实现快速模式集中，从而加速基于强化学习的光子决策性能。
General linewidth formula for steady-state multimode lasing in arbitrary cavities
从半经典激光理论解的散射分析出发，导出了多模非线性区任意腔的激光线宽公式。该理论概括了以前的治疗效果的增益和开放性所描述的彼得曼因素。线宽表示使用的非线性散射矩阵，这可以从稳态从头计算激光理论的基础上的数量;与以前的治疗，没有被动腔或现象学参数参与。我们发现，低腔品质因数，结合显着的介电色散，可以导致从Schawlow-Townes-Petermann理论的实质性偏差。
Switchable lasing in coupled multimode microcavities
提出了可切换多模微激光器的新概念。作为一个通用的，现实的模型，多模微谐振器的两个耦合缺陷的二维光子晶体的系统被认为是。我们从理论上证明，激光腔进入一个选定的谐振腔模式，可以通过注入适当的光脉冲在激光作用的发病（注射播种）。通过直接数值解证明了在短的冷却期后通过重新播种腔的时间模式到模式的切换。从激光双稳性的角度对模式转换作了定性的分析解释。
Noise-squeezed forward Brillouin lasers in multimode fiber microresonators
由于声光信号处理的结合，低功率、紧凑型微谐振腔中的受激布里渊散射（SBS）为腔非线性光子学开辟了一个新的领域。考虑到前向受激布里渊激光器（FSBL）和后向受激布里渊激光器（SBS）的本质区别，在同一微谐振腔中观察这两种过程的共存以及前向受激布里渊激光器（FSBL）的光子噪声抑制是一个挑战。在本文中，我们展示了第一个20 dB的噪声压缩的FSBL产生的共存的后向SBL（BSBL）激发的超高品质因数的法布里-珀罗（FP）微谐振器基于多模光纤（MMF）。多个FSBL和BSBL通过多模微谐振器中的多个模间SBS过程级联，其中后向SBS和前向SBS过程之间的级联过程（泵浦-BSBL-FSBL）提供了朝向附加噪声压缩的途径，使得FSBL相位噪声在1 MHz偏移频率处为-120dBc/Hz。此外，我们证明了第一个布里渊克尔孤子从高阶BSBL，它也与FSBL共存。我们的实验结果表明，作为一个理想的实验平台，高维非线性腔动力学和激光源的相干性与MMF FP微谐振器的潜力。
Delivery of nanosecond laser pulses by multimode anti-resonant hollow core fiber at 1 um wavelength
研究利用大芯径多模反谐振空芯光纤传输1 μm纳秒脉冲，实现94%耦合效率与22.6 mJ损伤阈值，显著优于多模石英光纤。
Nonlinear beam self-maintaining effect in graded-index multimode fiber
多模光纤系统是工业和科学应用所期望的。非线性克尔光束净化作为多模光纤中光束传输的一种有趣的效应，由于其空间光束压缩特性而引起了人们的广泛关注。然而，其物理机制，特别是输入条件对其性能的影响尚不清楚。在这里，我们报告了一个新的自组织机制的多模光束在梯度折射率多模光纤中的传输：当输入激光有一个主模式，其中大部分的激光能量集中，光束轮廓可以保持在一个明确定义的结构类似于输入主模式的非线性机制，而它将演变成一个不规则的模式在线性机制。实验和数值计算结果证实了这种非线性梁自维持效应的存在和普遍性。我们的研究结果还提供了证据，非线性克尔效应可以是驱动机制和非线性克尔光束清理是这种效应的一个具体情况。对这种空间光束整形效应的进一步研究可能为理解其他多模光纤非线性提供新的视角。
Intensity-noise suppression due to longitudinal mode coupling in multimode intracavity-doubled lasers
研究揭示了频率倍频激光中通过Lyapunov函数实现振幅噪声抑制的机制，展示了在耦合振荡器系统中强度稳定性的新方法。
Real-time multimode dynamics of terahertz quantum cascade lasers via intracavity self-detection: observation of self mode-locked population pulsations
太赫兹（THz）量子级联激光器（QCL）的锁模操作和多模不稳定性在过去十年中得到了广泛的研究。由于这些激光器的独特性质，特别是它们的超快增益介质，这些研究揭示了丰富的现象学。由于这一点，在QCL中，腔内场强度的调制引起粒子数反转的强烈调制，直接影响激光电流。在这项工作中，我们表明，这种属性可以用来研究多模太赫兹QCL的实时动态，使用自检测技术结合60 GHz的实时示波器。为了证明这种技术的潜力，我们研究了自由运行的4.2THz QCL，并观察到激光电流的自启动周期性调制，产生规则间隔的，~ 100 ps长的脉冲序列。取决于驱动电流，我们发现两个制度的振荡具有显着不同的属性：第一制度的基本重复率，其特征在于大幅度和相位噪声，具有几十个周期的相干时间;一个更有规律的二次谐波梳状制度，具有典型的相干时间约105个振荡周期。我们解释这些测量使用一组有效的半导体麦克斯韦-布洛赫方程，定性地再现激光动力学的基本特征，表明所观察到的载流子密度和光脉冲是反相的，并出现作为一个相当浅的调制顶部的连续波背景。由于其简单性和多功能性，演示的技术是一个强大的工具，在太赫兹QCL超快动力学的研究。
Propagation of space-time optical vortices in multimode fibers
本文研究了时空光学涡旋在多模光纤中的传播，分析了模式耦合、截断效应及线性与非线性传播特性，揭示了其在多模非线性光学领域的应用潜力。
On-demand multimode optical storage in a laser-written on-chip waveguide
量子存储器是大规模量子网络的基本构建块。大带宽、高多模容量和集成结构的按需光存储在实际应用中至关重要。然而，这一点尚未得到证实。在这里，我们制作了一个片上波导中的$\mathrm {^{151}Eu^{3+}:Y_2SiO_5}$晶体的插入损耗为0.2 dB，并提出了一种新的泵浦方案，使自旋波原子频率梳（AFC）存储与11 MHz的带宽内的波导。在此基础上，我们展示了200个时间模式的存储使用AFC计划和条件按需存储的100个时间模式使用自旋波AFC计划。对于AFC和自旋波AFC存储，读出光场和参考光场之间的干涉可见度分别为$99.0\% \pm 0.6\%$和$97\% \pm 3\%$，这表明这种低损耗、多模和集成存储器件的相干性质。
Nonlinear beam self-imaging and self-focusing dynamics in a GRIN multimode optical fiber: theory and experiments
非线性梯度折射率多模光纤中的光束自成像对于许多应用是令人感兴趣的，例如通过多模干涉在光纤激光器中实现快速可饱和吸收体机制。我们得到了一个精确的解决方案的一个梯度折射率多模光纤携带的激光束的一阶和二阶矩的非线性演化，预测的空间自成像周期不随功率变化。而束宽的振荡幅度与功率有关。我们已经实验研究了光束自成像的纵向演化的飞秒激光脉冲传输的标准电信梯度折射率多模光纤的反常和正常的色散制度。通过可见荧光发射和谐波产生的光散射出光纤芯，使我们能够直接确认自成像周期与功率无关。着重讨论了自聚焦作用下自成像过程的空间位移和分裂。
Self-normalizing phase measurement in multimode terahertz spectroscopy based on photomixing of three lasers
两个近红外激光器的光混合已经被很好地建立用于连续波太赫兹光谱。三个激光器的光混合使我们能够同时测量三个太赫兹频率。与傅里叶光谱学类似，光谱信息包含在干涉图中，这相当于时域光谱学中的波形。我们使用一个固定的太赫兹频率v_ref来监测设置的时间漂移，即，光路长度差。另外两个频率被扫描用于宽带高分辨率光谱。通过将相位的频率依赖性归一化到在ν_ref处获得的数据，以高精度获得相位的频率依赖性，这消除了光程长度差的漂移。我们实现了约1-2微米或10^{-8}光程长度的精度。该方法特别适用于空调实验室以外的非理想环境条件下的应用。
Multimode emission of fluorinated ethylene propylene clad large diameter liquid-core lasers
本文研究以罗丹明B/甘油为增益介质、FEP管为波导的液芯染料激光器，通过优化浓度、管径和腔镜实现低阈值多模激光发射，并揭示复杂模式耦合机制，为波导与输出耦合优化提供方向。
Signature of Wave Chaos in Spectral Characteristics of Microcavity Lasers
本文报道了连续波工作条件下完全混沌和非混沌微腔激光器的光谱特性。结果表明，完全混沌微腔激光器工作在单模，而非混沌微腔激光器工作在多模。完全混沌微腔激光器的多模激射的抑制被解释为大的空间重叠的谐振波函数，由于混沌射线轨道的遍历性遍布整个二维腔。
Side-polished Silica-Fluoride Multimode Fibre Pump Combiner for Mid-IR Fibre Lasers and Amplifiers
本研究提出一种无熔接侧面抛光石英-氟化物多模光纤泵浦合束器，解决了石英与氟化物光纤热性能差异的制造局限，实现了超80%耦合效率并成功应用于Er掺杂中红外光纤激光器。
Spatial beam self-cleaning in bi-tapered multimode fibers
研究了不同拉锥长度的双锥多模光纤中的空间光束自清洁现象。通过在模场光纤中引入双锥结构，增强了模场之间的非线性耦合，可以将高功率光纤激光器输出的光束质量较差的输入光束在较短的长度内转换为中心对称的钟形光束。结果表明，在相同的束腰直径下，锥形长度越长的双锥形模场光纤具有更好的光束自清洁效果和更大的光谱展宽。研究结果为低成本改善高功率激光器光束质量提供了一种新的方法。此外，在时空锁模光纤激光器中获得准基模光束，对制作基于双锥形模场光纤的器件也有重要意义。
Multimode laser cooling and ultra-high sensitivity force sensing with nanowires
光诱导力可用于操纵和冷却振荡器的机械运动。当振荡器用作力传感器时，例如在原子力显微镜中，主动反馈是提高测量性能的诱人途径。在这里，我们展示了宽带多模冷却$-23$ dB下降到温度为$8 \pm 1$ ~K的固定制度。通过使用周期性的静止反馈冷却，我们表现出改善的信噪比的瞬态信号的测量。我们比较了真实反馈和数值后处理数据的性能，并表明这两种方法对力测量的信噪比都有类似的改善。我们实现了室温力测量灵敏度的$< 2\times10^{-16}$ N的积分时间小于$0.1$毫秒。高精度和快速力显微镜的结果将潜在的生物传感，分子计量学，亚表面成像和加速度计的应用。
Wavefront shaping enables high-power multimode fiber amplifier with output control
本文提出利用空间波前整形技术控制高功率多模光纤放大器的输出光束，通过大纤芯降低光强和多模激发展宽布里渊散射谱来抑制受激布里渊散射，实现高效率、窄线宽、高相干性的衍射极限聚焦输出。
Generation mode-locked square-wave pulse based on reverse saturable absorption effect in graded index multimode fiber
首次报道了基于反向可缝合吸收的渐变折射率多模光纤的锁模方波脉冲掺镱光纤激光器。通过调节抽运功率，可以在350 ps ~ 52.6 ns的范围内实现方波宽度的调谐，3dB带宽为0.73 nm。单模抑制比超过65 dB，说明锁模工作状态良好。同时，利用啁啾测量系统研究了脉冲特性。锁模方波脉冲光纤激光器可作为高功率光源应用于工业领域。
Multimode Lasing in Wave-Chaotic Semiconductor Microlasers
从理论和实验上研究了具有混沌射线动力学的介质微腔激光器的激射行为。实验表明，D形和体育场形的波混沌腔的多模激光。理论计算还发现了不同形状、尺寸和折射率的多模激光。虽然体育场和D-腔的理论激光光谱之间存在定量差异，但由于存在具有非常高的品质因数的疤痕模式，这些差异随着系统尺寸的增加而减小，并且当考虑到表面粗糙度的影响时，这些差异也大大减小。激光光谱的计算是基于稳态从头计算激光理论，并表明增益竞争是不足以导致在这些系统中的单模激光。
Phase Instability as a Source of Modal Dynamics in Semiconductor Lasers
由于对控制半导体激光器在其阈值附近的多模动力学的基本方程进行了新的推导，我们确定了纯相位不稳定性的存在区域（以及混合相位-振幅湍流区域），这些区域对某些器件中观察到的确定性多模动力学给出了另一种令人满意的解释。由相位不稳定性产生的本征噪声的存在在相同的描述中调和了半导体动力学的确定性和随机特征。
Period-doubling bifurcation in spatiotemporal mode-locked lasers
倍周期分岔是非线性系统的普遍动力学现象，在单横模激光系统中得到了广泛的研究。对时空锁模多模光纤激光器中的倍周期分岔现象进行了实验观察和理论研究。在倍周期状态下，观察到脉冲训练调制随横模的变化而变化，输出光束轮廓出现快速的周期性波动。在这项研究中进行的数值模拟与实验观察是一致的。在此基础上，提出了一种考虑模式相关饱和吸收效应的简单迭代模型，并对实验结果进行了定性解释。基于这些结果，时空可饱和吸收被认为是多模激光器中独特的倍周期分岔时空特性的关键因素。这项研究有助于理解STML多模激光器中复杂的时空动力学，并发现高维非线性系统中的新动力学。
Complete Polarization Control in Multimode Fibers with Polarization and Mode Coupling
多模光纤在通信、成像、高功率激光器和放大器中的应用越来越广泛。然而，固有的缺陷和环境扰动会导致随机偏振和模式混合，使得输出偏振态与输入偏振态非常不同。这对采用偏振敏感技术来控制光纤探针远端处的光-物质相互作用或非线性光学过程提出了严重的问题。在这里，我们证明了一个完整的控制所有输出通道的偏振态，只操纵空间波前的激光束进入光纤。通过波前整形产生各个输出通道的任意偏振态，而不需要对输入偏振进行约束。多模光纤中的空间自由度和偏振自由度之间的强耦合使得能够仅利用空间自由度进行完全偏振控制，从而将多模光纤转换为高效的可重构波片矩阵。
Self-pulsing in single section ring lasers based on Quantum Dot materials: theory and simulations
从理论上研究了具有量子点有源区的单节半导体环形激光器多模动力学中的相干现象。在单向环配置中，我们的模拟表明，在系统中发生自锁模导致超短脉冲（亚皮秒）与太赫兹重复率。正如行波（TW）解的线性稳定性分析（LSA）所证实的，这种现象是由影响二能级激光器多模动力学的Risken-Nummedal-Graham-Haken（RNGH）不稳定性的类似物触发的。
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