Введение
Усиленное спонтанное излучение (УСИ) или суперлюминесценция – это свет, генерируемый спонтанным излучением и оптически усиленный посредством стимулированного излучения в активной среде. Это неотъемлемая часть области случайных лазеров.
Происхождение
ASE возникает при накачке лазерной среды для создания инверсии населенностей. Обратная связь ASE в оптическом резонаторе лазера может привести к генерации лазерного излучения при достижении порога лазерной генерации. Избыточный ASE является нежелательным эффектом в лазерах, поскольку он некогерентен и ограничивает максимальное усиление, которое можно достичь в активной среде. ASE создает серьезные проблемы в лазерах с высоким коэффициентом усиления и/или большими размерами. В этом случае необходимо предусмотреть механизм для поглощения или отвода некогерентного ASE, иначе возбуждение активной среды будет расходоваться на некогерентный ASE, а не на желательное когерентное лазерное излучение. ASE особенно проблематичен в лазерах с короткими и широкими оптическими резонаторами, таких как дисковые лазеры (активные зеркала). Однако ASE может быть и полезным эффектом, находя применение в широкополосных источниках света. Если в резонаторе отсутствует оптическая обратная связь, генерация лазерного излучения будет подавлена, что приведет к широкой полосе излучения, обусловленной полосой усиления активной среды. Это приводит к низкой временной когерентности, обеспечивая снижение гранулярного шума по сравнению с лазером. При этом пространственная когерентность может быть высокой, позволяя осуществлять фокусировку излучения. Эти характеристики делают такие источники полезными для волоконно-оптических систем и оптической когерентной томографии. Примерами таких источников являются суперлюминесцентные диоды и легированные волоконные усилители.
В лазерах для органических красителей
ASE в импульсных органических лазерах на красителях может обладать очень широкими спектральными характеристиками (до 40–50 нм в ширину) и, таким образом, представляет собой серьезную проблему при разработке и эксплуатации перестраиваемых лазеров на красителях с узкой шириной линии. Для подавления ASE и обеспечения чистого лазерного излучения исследователи применяют различные методы, в том числе оптимизированные конструкции резонаторов лазеров.
В самовосстанавливающихся полимерах, допированных красителями
В 2008 году группа исследователей из Университета штата Вашингтон наблюдала обратимую фотодеградацию, или, проще говоря, самовосстановление органических красителей, таких как Disperse orange 11, при введении их в полимеры. Для изучения свойств самовосстановления они использовали усиленную спонтанную эмиссию в качестве метода исследования.
В короткоимпульсных лазерных системах высокой мощности
В высокомощных лазерных системах CPA с пиковой мощностью в несколько тераватт или петаватт, например, в лазерной системе POLARIS, спонтанное излучение (ASE) ограничивает временной контраст интенсивности. После сжатия лазерного импульса, который растягивается во времени в процессе усиления, ASE создает квазинепрерывный фон, частично предшествующий сжатому лазерному импульсу. Из-за высоких интенсивностей в фокальном пятне, достигающих 10^22 Вт/см², ASE часто бывает достаточно, чтобы существенно повлиять на эксперимент или даже сделать желаемое взаимодействие с лазерной мишенью невозможным.