Networks of mutually coupled random lasers

Abstract

El artículo presenta la demostración experimental de redes de láseres aleatorios (random lasers, RLs) mutuamente acoplados, un terreno prácticamente inexplorado hasta ahora. A diferencia de los láseres convencionales, los RLs no usan cavidades bien definidas, sino realimentación óptica proporcionada por dispersión múltiple en medios desordenados, lo que da lugar a espectros con picos estrechos distribuidos aleatoriamente. Los autores desarrollan una arquitectura no distribuida de láser aleatorio en la que la ganancia óptica se restringe a franjas bombeadas que conectan nodos dispersores pasivos (agujeros con paredes rugosas grabados en una película polimérica dopada con colorante). Cada franja entre dos nodos actúa como un RL individual, y al compartir nodos dispersores se pueden interconectar múltiples RLs formando redes ópticas. El trabajo demuestra que, cuando varios RLs se activan simultáneamente y comparten al menos un nodo dispersor, no se comportan como emisores independientes. En su lugar, el sistema muestra una reorganización espectral colectiva, con supresión, realce y desplazamiento de modos láser respecto a la simple suma de los espectros individuales. Esta interacción se cuantifica mediante análisis de correlación espectral (coeficiente de Pearson) y una medida geométrica basada en diagramas paramétricos, que permite distinguir claramente entre independencia y acoplamiento efectivo. Se estudian distintas configuraciones: pares de RLs acoplados, redes triangulares y redes en anillo. En los casos acoplados, se observa que el sistema completo puede comportarse como un único resonador compuesto, cuyos modos aparecen correlacionados en todos los nodos de la red. En cambio, franjas bombeadas que no conectan dos nodos dispersores no inducen acoplamiento, lo que confirma que la interacción es genuinamente láser–láser y no un artefacto del bombeo. Los resultados experimentales se apoyan con un modelo numérico basado en teoría de modos acoplados en el tiempo, que reproduce cualitativamente la redistribución espectral observada al introducir términos de acoplamiento entre modos de distintos RLs. En conjunto, el trabajo establece una nueva plataforma fotónica basada en redes de láseres aleatorios acoplados, con baja complejidad de fabricación, alta no linealidad e interconectividad flexible. Los autores destacan su potencial para explorar dinámicas colectivas complejas y como base para redes neuronales ópticas, donde la información se codifica de forma espectral y multidimensional, no binaria.