自由空间布里渊激光中的离散腔动力学

高相干激光是现代光子学的核心。截至目前，高相干运行主要在微腔和光纤平台上实现。近来，自由空间布里渊激光实验揭示了异常强烈的噪声抑制，其物理起源无法用针对那些平台开发的传统连续介质模型来解释。在传统连续介质模型中，光场和声场被假设在整个腔演化过程中保持连续耦合，而在自由空间实现中，耦合仅限于非线性介质，并被往返其余部分的被动传播所中断。为描述这种相互作用-传播分离，我们发展了一种离散腔模型，将增益介质内的短布里渊相互作用和随后的自由空间传播视为往返演化的两个独立阶段。这种分离在光学存储和声学弛豫之间引入了时间不对称性，有效增强了腔层面的声学阻尼，并大幅降低了泵浦噪声向斯托克斯场的传递。如果腔往返时间远大于非线性介质中的相互作用时间，则噪声抑制比按腔总长度与非线性介质长度之比缩放。我们的离散腔模型进一步对激光阈值、输出功率、相位噪声传递和基础线宽给出了定量预测，与实验结果吻合良好。这些结果确定了离散相互作用-传播结构是自由空间布里渊激光系统中异常强烈噪声抑制的物理起源。