Naskah ini membahas kemajuan dalam teknologi laser serat, khususnya berfokus pada pengembangan laser serat erbium-doped yang terkunci mode (EDFL) yang memanfaatkan penyerap jenuh baru yang terbuat dari kromium galium karbida (Cr2GaC). Latar belakangnya menyoroti evolusi laser serat sejak tahun 1960-an, yang menekankan keunggulan serat silika yang didoping tanah jarang, seperti pemompaan yang efisien dan kehilangan yang minimal.
Penelitian ini dimulai dengan pentingnya teknik penguncian mode, yang memungkinkan pembangkitan pulsa sangat pendek yang penting untuk berbagai aplikasi di bidang seperti biokimia, pemrosesan material, dan telekomunikasi. Penelitian ini membandingkan penguncian mode aktif dan pasif, dengan mencatat kesederhanaan dan stabilitas lingkungan yang unggul, yang terutama dicapai melalui penggunaan penyerap jenuh (SA).
Meninjau dari penelitian sebelumnya tentang berbagai material yang digunakan sebagai penyerap jenuh, termasuk kristal doped massal dan cermin SA semikonduktor, dengan menunjukkan keterbatasannya, seperti biaya tinggi dan kendala operasional. Hal ini menjadi latar belakang untuk mengeksplorasi material baru, khususnya nanomaterial, yang menawarkan sifat optik unik yang cocok untuk aplikasi laser.Selain itu, latar belakang tersebut menyentuh karakteristik material fase MAX yang menjanjikan, seperti Cr2GaC, yang menggabungkan sifat logam dan keramik, menjadikannya kandidat ideal untuk aplikasi laser. Para penulis menyoroti pendekatan inovatif dalam mengintegrasikan Cr2GaC sebagai penyerap jenuh dalam rongga EDFL, yang menandai tonggak penting dalam mencapai pulsa soliton mode-locked yang stabil.
Secara keseluruhan, latar belakang tersebut menetapkan relevansi penelitian ini dalam memajukan teknologi laser serat, yang menunjukkan potensi Cr2GaC sebagai penyerap jenuh untuk meningkatkan kinerja dan stabilitas laser mode-locked, yang membuka jalan bagi aplikasi masa depan dalam pengembangan laser ultracepat.
Metode dan Hasil
Penelitian dimulai dengan pembuatan penyerap jenuh Cr2GaC. Lapisan tipis dibuat dengan mencampur bubuk Cr2GaC yang tersedia secara komersial dengan larutan polivinil alkohol (PVA) menggunakan metode pengecoran. Lapisan yang dihasilkan, setebal sekitar 50 mikrometer, dikarakterisasi menggunakan spektroskopi sinar-X dispersif energi (EDS) untuk mengonfirmasi komposisi unsurnya, yang meliputi karbon, oksigen, kromium, dan galium. Karakteristik penyerapan optik nonlinier dari lapisan Cr2GaC dievaluasi menggunakan metode detektor ganda seimbang. Ini melibatkan pengukuran transmisi film yang bergantung pada daya sambil menggunakan laser serat sebagai sumber pompa. Data yang diperoleh disesuaikan dengan model saturasi dua tingkat, yang memungkinkan ekstraksi parameter utama seperti kedalaman modulasi, penyerapan tak jenuh, dan intensitas saturasi. Untuk pengaturan laser, penyerap jenuh Cr2GaC diintegrasikan ke dalam rongga EDFL cincin, yang dirancang untuk mengoptimalkan manajemen dispersi dan meningkatkan efek nonlinier. Rongga tersebut terdiri dari serat terdoping erbium sepanjang 1,8 meter, dipompa bersama oleh dioda laser 980 nm, dan mencakup serat mode tunggal sepanjang 100 meter untuk memperpanjang panjang rongga. Berbagai komponen, seperti isolator optik independen polarisasi dan kopler keluaran, disertakan untuk memfasilitasi operasi yang stabil dan diagnostik spektral.
Hasil menunjukkan bahwa penyerap jenuh Cr2GaC secara efektif menginduksi penguncian mode di EDFL. Laser mencapai operasi mode terkunci yang stabil pada daya pompa ambang 53,7 mW, menghasilkan pulsa yang berpusat pada 1558,24 nm. Sistem mempertahankan operasi yang stabil di seluruh rentang daya pompa 53,7 hingga 95,2 mW, dengan laju pengulangan tetap 1,82 MHz. Pada daya pompa maksimum 95,2 mW, laser menunjukkan daya keluaran rata-rata 6,81 mW, daya puncak 1,08 W, dan energi amplop pulsa 3,74 nJ. Durasi pulsa diukur pada 3,04 pikodetik, dan stabilitas operasi mode terkunci dikonfirmasi oleh rasio sinyal terhadap derau yang tinggi sebesar 71,7 dB untuk frekuensi dasar.
Studi ini juga menyoroti sifat unik penyerap jenuh Cr2GaC, termasuk kedalaman modulasi 2,1% dan intensitas saturasi 180 MW/cm虏, yang berkontribusi pada pembangkitan pulsa soliton yang efektif. Hasilnya menunjukkan bahwa penggabungan Cr2GaC sebagai penyerap jenuh tidak hanya memfasilitasi penguncian mode yang stabil tetapi juga menandai kemajuan signifikan dalam bidang teknologi laser ultracepat.
Penulis : Prof. Dr. Retna Apsari, M.Si
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
Muhammad N.A.H.M. Husaini, Nurul Izzah S. Wadi, Arni M. Markom, Kaharudin Dimyati, Retna Apsari, Zulzilawati Jusoh
