Baru-baru ini, tim Profesor Zhao Yong dari Northeastern University, Peneliti Asosiasi Wu Han dari Sichuan University, Peneliti Asosiasi Ma Rui dari Shenzhen University, dan Profesor Wang Zinan dari University of Electronic Science and Technology of China telah berkolaborasi untuk menguraikan kemajuan terdepan dalam mekanisme, karakteristik, dan aplikasi kontrol spektral laser serat acak. Mereka secara komprehensif memperkenalkan kemajuan penelitian laser serat acak dengan kemurnian spektral tinggi, keluaran pita sempit, penyetelan panjang gelombang fleksibel, dan keluaran multipanjang gelombang, merangkum secara singkat aplikasi laser serat acak berdasarkan kontrol spektral, dan menantikan prospek pengembangan, jalur penelitian, dan tantangan yang dihadapi oleh laser serat acak berdasarkan kontrol spektral.
Sebagai jenis baru laser acak, laser serat acak telah menjadi pusat penelitian yang dikembangkan dalam dekade terakhir. Dibandingkan dengan laser serat tradisional dengan struktur rongga resonansi tetap, laser serat acak tidak memerlukan struktur rongga resonansi yang tepat dan memiliki kebebasan desain struktural yang lebih tinggi. Laser serat acak memiliki keunggulan dalam efisiensi konversi, direksionalitas, biaya, dll., dan dapat menyediakan platform yang baik untuk konstruksi berbagai bentuk laser berkinerja tinggi. Secara khusus, laser serat acak berdasarkan media penguatan yang berbeda memiliki fleksibilitas panjang gelombang yang sangat baik dan dapat mencapai laser laser dengan panjang gelombang sewenang-wenang dalam pita 1~2,1µm. Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti telah melakukan penelitian teoritis dan eksperimental yang mendalam tentang karakteristik spektral laser serat acak. Melalui regulasi spektral, laser serat acak menunjukkan kemampuan kemurnian spektral yang tinggi, bandwidth sempit, dan keluaran multi-panjang gelombang. Selain itu, laser serat acak, dengan karakteristik spektralnya yang unik, memiliki prospek aplikasi yang luas dalam komunikasi serat optik, penginderaan serat optik, pencitraan bebas bintik, pembangkitan superkontinum, konversi frekuensi nonlinier, sumber pompa laser inframerah menengah, dan fusi kurungan inersia yang digerakkan laser (Gambar 1).
Penelitian dasar tentang karakteristik spektral laser serat acak
Untuk mendeskripsikan dan menganalisis secara teoritis karakteristik spektral laser serat acak dan mengeksplorasi hukum fisikanya, para peneliti telah mengusulkan model kesetimbangan daya tetap yang bergantung pada spektrum, model Schrödinger nonlinier, dan model dinamika gelombang untuk mengevaluasi daya keluaran dan proses perubahan spektral laser serat acak secara akurat. Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti telah secara eksperimental mengeksplorasi karakteristik statistik spektral laser serat acak, memperkenalkan pemecahan simetri replika ke dalam laser serat acak, dan menggunakan metode analisis statistik berdasarkan teori kaca spin untuk mengeksplorasi ketidakteraturan dan interaksi nonlinier dalam laser serat acak.
Laser serat acak dengan fleksibilitas panjang gelombang yang sangat baik
Dengan memanfaatkan berbagai mekanisme penguatan, termasuk penguatan efek nonlinier orde ketiga (seperti hamburan Raman terstimulasi dan hamburan Brillouin terstimulasi) dan penguatan aktif doping ion tanah jarang (seperti serat aktif yang didoping ytterbium, erbium, erbium/ytterbium, bismuth, dan thulium), laser serat acak dapat beroperasi dalam pita 1-2.1µm. Pada laser serat acak yang menggunakan pompa tetap, menggabungkan filter yang dapat disetel atau cermin titik yang bergantung pada panjang gelombang dan mengubah panjang gelombang pusat dari filter atau cermin titik dapat mencapai penyetelan panjang gelombang yang datar dan efisien pada rentang yang lebar. Selain itu, dengan memperkenalkan cermin titik yang dapat diprogram pada panjang gelombang, spektrum laser serat acak dapat diprogram dan disetel secara terus-menerus sesuai dengan bentuk spektral yang dirancang. Secara khusus, untuk laser serat Raman acak yang disusun berdasarkan cermin titik pita lebar dan umpan balik hamburan balik, panjang gelombang laser dapat disetel secara terus-menerus pada rentang yang besar dengan secara langsung mengubah panjang gelombang pompa dan daya pompa.
Kontrol spektral laser serat acak
Laser serat Raman acak berjenjang memiliki fleksibilitas panjang gelombang yang sangat baik. Akan tetapi, selama proses konversi berjenjang, cahaya Stokes orde rendah yang tersisa akan menyebabkan kemurnian spektral laser menurun. Dengan mengadopsi jenis baru sumber pompa stabil domain waktu (seperti pemompaan emisi spontan yang diperkuat pita lebar yang tidak koheren, pemompaan laser serat acak yang didoping iterbium, dan pemompaan laser frekuensi tunggal yang diperlebar lebar garis), para peneliti telah mencapai berbagai laser serat Raman acak berjenjang dengan kemurnian spektral yang tinggi. Di sisi lain, di bawah daya pompa yang tinggi, yang dipengaruhi oleh efek nonlinier seperti pencampuran empat gelombang dan modulasi fase silang dalam serat, lebar pita spektral keluaran laser serat acak rongga terbuka sepenuhnya umumnya berada pada orde beberapa nanometer. Untuk memenuhi kebutuhan sumber cahaya dengan lebar garis sempit dalam skenario seperti penggandaan frekuensi laser efisiensi tinggi, pengukuran presisi tinggi, dan komunikasi serat yang koheren, laser serat acak pita sempit dapat dicapai dengan menambahkan berbagai reflektor titik dengan bentuk spektral dan lebar pita yang dapat disesuaikan ke struktur laser serat acak rongga semi-terbuka, atau dengan menggunakan media penguatan yang berbeda (seperti hamburan Brillouin terstimulasi) dan serat pasif yang berbeda (seperti serat yang mempertahankan polarisasi, serat hamburan tinggi), dan mengoptimalkan skema pemompaan. Selain itu, keluaran multipanjang gelombang dari laser serat acak dapat dicapai dengan menambahkan elemen penyaringan spektral ke laser atau menggunakan penguatan hamburan Brillouin terstimulasi yang bertingkat.
Aplikasi laser serat acak berdasarkan kontrol spektral
Desain struktural dan konversi panjang gelombang yang fleksibel dari laser serat acak membuatnya lebih cocok untuk mewujudkan laser lasing dalam pita khusus untuk memenuhi kebutuhan aplikasi seperti amplifikasi sinyal terdistribusi, penginderaan serat dengan rasio sinyal terhadap derau tinggi, konversi frekuensi nonlinier, dan pemompaan inframerah menengah. Pada saat yang sama, dibandingkan dengan laser serat berdasarkan struktur rongga resonansi, laser serat acak tanpa model spektral telah terbukti memiliki stabilitas domain waktu yang lebih baik. Oleh karena itu, laser serat acak memiliki keunggulan lebih besar dalam skenario aplikasi dengan persyaratan tinggi untuk stabilitas sumber laser. Selain itu, koherensi rendah dan pengendalian spektral laser serat acak memungkinkannya untuk menunjukkan potensi aplikasi yang unik dalam pencitraan kinerja tinggi dan fusi kurungan inersia yang digerakkan laser.
