Teknologi laser serat telah menarik minat banyak peneliti karena kekokohannya, ukurannya yang ringkas dan mudah ditangani dibandingkan dengan laser massal. Laser dapat diwujudkan dengan menggunakan serat yang didoping erbium, iterbium, atau thulium sebagai media aktif untuk operasi di daerah panjang gelombang masing-masing 1.55 渭m, 1.0 渭m or 2.0 渭m. Thulium-doped fiber laser (TDFL) semakin diminati karena keunggulannya untuk aplikasi di berbagai bidang seperti militer, penginderaan jauh, spektroskopi, dan medis. Selain itu, TDFL beroperasi di wilayah panjang gelombang yang aman bagi mata yang cocok untuk aplikasi ruang bebas seperti light detection and ranging (LIDAR) dan sistem telekomunikasi. Di sisi lain, laser 2 渭m lebih efisien dalam menyerap cairan dibandingkan dengan panjang gelombang operasi lain 1.0 渭m dan 1.55 渭m dan dengan demikian mereka lebih disukai untuk digunakan dalam perawatan medis.
Nanopartikel logam juga menarik banyak minat dalam beberapa tahun terakhir untuk aplikasi SA karena respons optik nonliniernya yang tinggi, efek plasmonik yang tinggi dari permukaannya, dan waktu respons yang cepat. Misalnya, nanopartikel perak telah digunakan sebagai SA pasif untuk menghasilkan Q-switched erbium-doped fiber laser (EDFL). Selain itu, Muhammad et. Al., telah mendemonstrasikan operasi Q-switching di wilayah C-band menggunakan basis tembaga (CuNP) [19]. Namun, perhatian yang tidak memadai diberikan pada nanopartikel emas (GNPs) untuk aplikasi Q-switching meskipun telah menunjukkan sifat yang menjanjikan. GNP memiliki sifat nonlinier yang sangat baik dan karenanya cocok untuk aplikasi SA dengan memanfaatkan efek surface plasmon resonance (SPR). Dalam makalah ini, laser serat Q-switched ditunjukkan untuk pertama kalinya menggunakan film GNP di rongga TDFL untuk beroperasi di wilayah 2 碌m. Rangkaian pulsa yang stabil didapatkan dengan kecepatan pengulangan maksimum 49.64 kHz, lebar pulsa minimum 2.38 碌s dan energi tertinggi 0.12 碌J. Temuan ini menunjukkan bahwa GNP bisa menjadi kandidat yang menjanjikan untuk berbagai aplikasi fotonik terutama untuk operasi di pita IR dekat dan menengah.
Hasil eksperimen mengilustrasikan konfigurasi TDFL Q-switched yang diusulkan menggunakan SA berbasis GNP yang disiapkan. Rongga tersebut menggunakan laser serat buatan sendiri yang beroperasi pada 1550 nm sebagai sumber cahaya pompa untuk memompa medium aktif, serat doping thulium komersial sepanjang 5 m (TDF, Nufern SM-TSF-9/125). Pompa diluncurkan ke TDF melalui wavelength division multiplexer 1550/2 000 nm (WDM). TDF memiliki diameter inti dan kelongsong masing-masing 9 碌m dan 125 碌m, sedangkan apatur numeriknya adalah 0,15. Penyerapan ion thulium dari serat masing-masing adalah 27.0 dB/m dan 9.3 dB/m pada 793 nm dan 1 180 nm. Dispersi serat SMF-28 dan serat yang didoping thulium pada 1.9 渭m masing-masing adalah -86.8 ps2km-1 dan -12 ps2塳m-1. Jadi total dispersi rongga normal bersih diperkirakan ~0.53 ps2. Total panjang rongga adalah 13 m. Coupler keluaran 90:10 digunakan untuk mengetuk 10% rongga cincin untuk pengukuran sambil membiarkan 90% sisa cahaya terus berosilasi di rongga. Output 10% terhubung ke berbagai peralatan pengukuran optik seperti penganalisis spektrum optik (OSA, YOKOGAWA AQ6375), osiloskop digital 500 MHz dan penganalisis spektrum frekuensi radio 7.8 GHz (RFSA, Anritsu). OSA digunakan untuk mengukur spektrum keluaran laser. Osiloskop dan RFSA masing-masing digunakan untuk menganalisis rangkaian pulsa yang dihasilkan dalam domain waktu dan frekuensi. Sebuah fotodetektor cepat digunakan untuk kedua osiloskop dan RF sebagai jembatan untuk mentransfer cahaya dari rongga serat ke peralatan tersebut. Sepotong kecil film GNPs dilekatkan ke ferrule serat dan kemudian diapit dengan ferrule serat lain untuk membentuk perangkat SA seperti yang digambarkan pada Gambar 2. SA dimasukkan ke dalam rongga antara 90% port output coupler dan port input WDM. Perlu dicatat bahwa gel pencocokan indeks telah diterapkan sebelumnya pada permukaan ferrules untuk meminimalkan pantulan yang tidak diinginkan selama penguat.
Hsil juga menyajikan hubungan antara kecepatan pengulangan dan parameter lebar pulsa dan daya pompa. Dengan mengatur daya pompa dari 840 mW menjadi 930 mW, laju pengulangan meningkat dari 48.54 kHz menjadi 49.64 kHz sedangkan lebar pulsa mengalami tren menyusut dari 3.52 s menjadi 2.38 s. Tren ini khas untuk laser serat Q-switched pasif [22,23]. Hasil menunjukkan tren peningkatan yang hampir linier dari daya keluaran rata-rata, daya puncak, dan energi pulsa dengan daya pompa. Ketika daya laser 1550 nm dinaikkan dari 840 mW menjadi 930 mW, daya keluaran rata-rata meningkat secara linier dari 3.62 mW menjadi 6.3 mW. Efisiensi kemiringan mewakili efisiensi optik-ke-optik dari TDFL Q-switched berbasis GNP. Efisiensi dihitung menjadi sekitar 2.53%, yang relatif rendah. Hal ini kemungkinan besar disebabkan oleh penggunaan coupler keluaran 10 dB, yang memungkinkan hanya 10% dari laser berosilasi untuk diekstraksi dari rongga. Efisiensi laser dapat ditingkatkan dengan meningkatkan rasio keluaran coupler. Efisiensi keluaran juga dapat ditingkatkan dengan meminimalkan kerugian penyisipan yang disebabkan oleh SA dan mengoptimalkan desain rongga dengan mengurangi kerugian penyambungan dan panjang serat. Pada daya pompa 930 mW, daya puncak maksimum dan energi pulsa tercatat masing-masing sekitar 39 mW dan 0,12 碌J. SA yang diusulkan harus memiliki stabilitas jangka panjang untuk digunakan dalam berbagai aplikasi praktis. Gambar 5 memplot spektrum RF dari TDFL Q-switched pada daya pompa 840 mW, diukur dengan menggunakan penganalisis spektrum RF resolusi tinggi. Harmonik pertama spektrum RF diperoleh pada 48.54 kHz dengan signal-to-noise ratio (SNR) sekitar 70 dB, yang menunjukkan kinerja Q-switched yang sangat baik dan stabil dalam konfigurasi TDFL yang diusulkan. Resolusi spektrum frekuensi adalah 10 kHz. Jika daya pompa semakin meningkat di atas 930 mW, laser Q-switched akan menjadi tidak stabil. Namun, ambang kerusakan optik GNPs SA diamati lebih besar dari 2000 mW. Kinerja GNP sebanding dengan SA lain berdasarkan bahan 2D Pulsa mode-locked tidak dapat dihasilkan dalam rongga saat ini meskipun daya pompa bervariasi dalam rentang yang luas. Namun, pulsa mode-locked dapat diwujudkan dengan optimasi lebih lanjut dari desain rongga dan SA untuk mengurangi kerugian dan meningkatkan karakteristik nonlinier.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
