Laser Brillouin telah mendapatkan minat yang signifikan untuk berbagai aplikasi termasuk komunikasi yang koheren, fotonik gelombang mikro, spektroskopi, dan prosesor kuantum. Hal ini disebabkan oleh sifat lebar garisnya yang sangat sempit karena stimulated Brillouin scattering (SBS). Misalnya, laser Brillouin memberikan kemurnian spektral yang diperlukan untuk aplikasi atom, molekul, dan optik presisi serta aplikasi kuantum. Sebelumnya, sistem laser makroskopik yang dikunci ke rongga referensi optik besar atau sel uap diperlukan untuk memberikan stabilitas frekuensi tinggi dan kebisingan fase rendah yang diperlukan untuk mengatasi transisi jam optik sempit dalam atom, dan spektroskopi. Hingga saat ini, kinerja dan aplikasi laser Brillouin telah diselidiki menggunakan berbagai bahan dan resonator berdasarkan pandu gelombang optik, serat optik, dan struktur resonator mikro.
Di sisi lain, operasi pulsa berdasarkan SBS telah dikembangkan selama beberapa dekade karena biayanya yang rendah dan konfigurasinya yang sederhana, pengaturan semua serat, daya puncak yang tinggi, dan potensi untuk bebas dari batasan panjang gelombang dan material. Misalnya, pada tahun 1997, Chernikov et al melaporkan pembuatan laser serat Q-switched berbasis SBS yang dimulai sendiri untuk pertama kalinya dalam laser serat yang didoping ion tanah jarang. Namun, keluaran pulsa yang tidak stabil dan tidak terkendali yang dipengaruhi oleh sifat stokastik SBS menghambat perkembangannya lebih lanjut. Pada tahun 2009, Pan et al mengusulkan injeksi pompa termodulasi untuk mengontrol penguatan dan menstabilkan laju pengulangan pulsa. Baru-baru ini, Hou et al menggunakan interferometer Fabry-Perot yang terbuat dari dua permukaan ujung konektor serat yang tidak bersentuhan ke dalam sistem laser EDF linier untuk menunjukkan generasi laser Q-switched yang kuat secara pasif. Dinamika laser serat self-Q-switched dengan cermin cincin Rayleigh-SBS telah dijelaskan sebelumnya oleh Fotiadi et al.
Selain itu, operasi pulsa juga dapat dihasilkan oleh osilasi relaksasi seperti yang dijelaskan oleh Johnson dan Marburger. Osilasi relaksasi dapat distabilkan untuk pembangkitan pulsa reguler dan kacau dengan menyesuaikan rongga laser serat dan penyebaran modulasi pompa yang kuat. Dalam makalah ini, kami melaporkan generasi pulsa kuat yang unik di BEFL yang beroperasi pada rezim kHz tanpa tindakan eksternal apa pun. Pembangkitan pulsa didasarkan pada osilasi relaksasi yang ditingkatkan oleh umpan balik laser dalam rongga cincin yang dikonfigurasi dengan EDF yang sangat pekat dan serat kompensasi dispersi (DCF) sebagai media penguatan. Ditemukan bahwa BEFL menghasilkan kereta pulsa stabil yang beroperasi pada 12.57 kHz pada daya pompa ambang serendah 24.8 mW.
Hasilnya menunjukkan resonator laser SBS, yang dipompa oleh erbium-doped fiber amplifier (EDFA) yang diunggulkan dengan cahaya 1550 nm dari sumber laser rongga eksternal (TLS). TLS memiliki lebar garis sekitar 20 MHz. Di dalam ring resonator, gain nonlinier disediakan oleh DCF sepanjang 2.5 km dengan diameter inti 4 µm. EDFA intracavity memberikan penguatan linier untuk memperkuat sinyal Brillouin dan mengurangi ambang batas untuk pembuatan SBS. Setelah penguatan lebih tinggi daripada kerugian pada resonator cincin, gelombang Stokes dihasilkan dan berosilasi untuk menghasilkan laser serat Brillouin dengan arah mundur.
Pada awalnya, kinerja BEFL dipelajari untuk daya pemompaan 980 nm yang berbeda. Daya BP ditetapkan pada 13.5 mW. Tanpa pemompaan 980 nm, sinyal Brillouin kecil diperoleh pada pemisahan 0.09 nm dari BP. Hal ini dikaitkan dengan SBS dari DCF. BEFL diperoleh pada panjang gelombang 1550.1 nm yang dipisahkan oleh 0.09 nm dari komponen panjang gelombang BP ketika daya pompa 980 nm melebihi 24.8 mW. Ini tumbuh lebih dari 14.5 dB saat daya pompa dinaikkan menjadi 70.5 mW. BP yang disuntikkan ke DCF menghasilkan Brillouin Stokes yang merambat mundur, yang diperkuat oleh penguatan EDF dan berosilasi dalam loop untuk menghasilkan BEFL dengan arah berlawanan arah jarum jam. Daya output BEFL meningkat dengan peningkatan pompa 980 nm. Pada daya pompa 70.5 mW, daya puncak BEFL mencapai -8.4 dBm dengan rasio supresi mode samping lebih dari 32 dB. Hasilnya menunjukkan daya puncak BEFL terhadap daya pompa 980 nm. Daya puncak meningkat dari -49.3 dBm menjadi -8.4 dBm karena daya pompa dinaikkan dari 24.8 mW menjadi 70.5 mW. Efek saturasi diamati pada daya pompa yang lebih tinggi. Dimasukkannya kedua optical circulator dan isolator dalam rongga BEFL memastikan operasi laser searah dan menekan sisa BP. Ini mencegah pembangkitan multi-panjang gelombang melalui pembangkitan Stokes orde tinggi melalui proses pencampuran empat gelombang. BEFL panjang gelombang tunggal memiliki kebisingan teknis yang rendah dan linewidth yang sangat sempit, yang membuatnya cocok untuk aplikasi penginderaan.
Sebagai penutup, kami telah berhasil menunjukkan pembangkitan pulsa kHz yang stabil di rongga BEFL yang dikonfigurasi dengan Zr-EDF dan DCF sebagai media penguatan untuk pertama kalinya. BEFL menghasilkan output panjang gelombang tunggal yang beroperasi pada 1550.1 nm, yang dinaikkan sebesar 0.09 nm dari panjang gelombang BP. Ini beroperasi pada daya pompa ambang batas 980 nm sebesar 24.8 mW sedangkan daya puncak -8.4 dBm dengan rasio supresi mode samping 32 dB diperoleh pada daya pompa 70.5 mW. Pada daya pompa ambang, BEFL menghasilkan rangkaian pulsa yang beroperasi pada 12.57 kHz karena ketidakstabilan yang melekat pada osilasi relaksasi, yang menyebabkan mekanisme self-pulsing nonlinier di rongga BEFL. Denyut nadi meningkat menjadi 77.11 kHz. Saat daya pompa dinaikkan menjadi 36.2 mW. Namun, lebih dari satu pulsa dihasilkan karena daya pompa semakin meningkat. Laser all-fiber yang diusulkan menyediakan struktur yang sederhana dan kompak serta operasi yang stabil di bawah suhu kamar.
Penulis: Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1555-6611/aca6dd/meta
DOI 10.1088/1555-6611/aca6dd
