Pendahuluan
Teknologi berbasis serat optik telah menarik minat yang signifikan karena banyak keunggulannya, yaitu, kekompakan, kualitas balok tinggi, dan operasi tanpa penyelarasan, yang memungkinkannya diterapkan dalam aplikasi yang berbeda seperti pengindraan optik dan pencitraan serat optik. Selain itu, serat optik juga digunakan sebagai sumber optik, misalnya laser serat berdenyut pendek dan laser serat panjang gelombang. Secara khusus, pulsa ultrashort telah menjadi topik penelitian yang intens di antara para peneliti karena kinerjanya yang luar biasa dalam komunikasi, pemrosesan material, kedokteran, dan lainnya. Perkembangan pesat telah dilakukan pada perangkat berbasis optik yang mencakup S-, C-, dan L-band, dan beragam skema telah digunakan dalam menghasilkan laser pulsa ultrashort.
Dalam studi sebelumnya, serat aktif serat thulium-holmium-doped (THDF) digunakan untuk menghasilkan laser pulsa mode terkunci dengan sukses. Studi pertama melaporkan generasi pulsa mode terkunci menggunakan telluride antimony isolator (TI) topologi (Sb2Te3). Di sisi lain, fase MAX tantalum aluminium carbide (Ta2AlC) diimplementasikan sebagai SA untuk studi kedua. Dapat dirasakan bahwa bahkan menggunakan media penguatan THDFL yang sama dapat menghasilkan karakteristik penguncian mode yang berbeda karena sifat berbeda yang dimiliki oleh masing-masing bahan SA. Dengan demikian, menarik untuk menyelidiki lebih lanjut sifat-sifat dari berbagai jenis material fasa MAX yang dapat menahan lingkungan dengan kelembaban tinggi dan operasi daya tinggi. Dalam penelitian ini, bahan fase MAX, Cr2AlC, diusulkan sebagai SA untuk menghasilkan thulium-holmium-doped fiber laser mode-starting yang dikunci sendiri (THDFL). Terutama, single-mode fiber (SMF-28) berbentuk busur dibuat dengan metode pemolesan roda. Bahan Cr2AlC diperkenalkan dengan menjatuhkan sampel ke serat berbentuk busur buatan. Karakteristik SA dipelajari, dan pembangkitan mode terkunci dicapai pada panjang gelombang 1908.58 nm, lebar pulsa 1.3 ps, dan laju pengulangan 12.14 MHz. Bandwidth spektral yang dicapai adalah sekitar 3 nm dengan daya pompa ambang 115.8 mW. Hasil percobaan membuktikan karakteristik dan kemampuan yang sangat baik dari fase Cr2AlC MAX untuk menghasilkan pulsa mode terkunci yang stabil. Mereka bisa menjadi kandidat yang baik untuk menghasilkan pulsa ultrashort untuk aplikasi fotonik.
Metode dan Hasil
Untuk menyiapkan sampel fase Cr2AlC MAX, 100 mg serbuk Cr2AlC (Forsman Scientific dicampur dengan 10 mL isopropyl alcohol (IPA) dalam gelas kimia. Kemudian, campuran tersebut dituangkan ke dalam vial dan menjalani proses sonikasi dalam air selama kurang lebih 2 jam untuk mendispersikan campuran serbuk IPA fase MAX dengan baik dan mendapatkan larutan yang homogen. Selanjutnya dilakukan sentrifugasi untuk memisahkan endapan dari suspensi cair. Akhirnya supernatan hitam yang didekantasi disimpan dan dicampur dengan IPA untuk menghasilkan larutan Cr2AlC encer dan digunakan sebagai sampel fasa MAX dalam pembangkitan pulsa mode terkunci Proses penyiapan material fasa MAX.
Analisis struktural bahan fase MAX yang disiapkan dianalisis menggunakan field emission scanning electron microscope (FESEM) Hitachi SU8220. Spektroskopi Energy-dispersive X-ray (EDX) dilakukan menggunakan unit EDX yang terpasang pada FESEM, di mana karakterisasi kimia Cr2AlC dianalisis dan dipelajari. Kajian topografi permukaan dan ketebalan fasa MAX juga dilakukan dengan menggunakan step profiler Bruker Dektak XT. Selanjutnya, mikroskop Renishaw In-Via dengan laser argon-ion pada panjang gelombang 514 nm digunakan untuk merekam spektrum Raman dan untuk mempelajari ikatan menjuntai dari sampel fase MAX.
Pengaturan eksperimental yang digunakan dalam penelitian ini adalah Serat aktif TH512 THDF yang disuplai oleh CorActive digunakan sebagai media penguatan. THDF memiliki diameter inti 9 µm, potongan panjang gelombang 1700 nm, dan koefisien absorpsi 18 dBm−1 pada sekitar 1560 nm. Serat yang tersisa, terbuat dari serat optik SMF-28 standar, berasal dari berbagai komponen optik, yang memiliki diameter inti dan kelongsong sekitar 9 µm dan 125 µm. Numerical Aperture (NA) dari SMF-28 adalah 0.14, dengan panjang gelombang operasi 1260“1625 nm. Dua laser diodes (LDs) (Princeton Lightwave Inc PSL) dengan panjang gelombang operasi sentral 1550 nm digunakan untuk memompa serat aktif THDF. Setiap LD disambung dengan isolator optik 1550 nm untuk menghindari pantulan balik dan untuk melindungi LD. Kemudian, masing-masing ujung ISO dihubungkan ke division multiplexer (WDM1,2) untuk mengarahkan cahaya ke media penguatan THDF dengan panjang 1.5 m. Selanjutnya, isolator optik dihubungkan ke WDM2 dan dihubungkan ke coupler optik 90:10. Port 90% coupler dihubungkan ke perangkat SA dan kemudian ke pengontrol polarisasi, sehingga melengkapi rongga optik.
Penguat rongga dioptimalkan sebelumnya untuk memastikan penguat pulsa yang dihasilkan bukan karena nonlinier di rongga itu sendiri. Gambar 6a menunjukkan spektrum optik yang diperoleh oleh rongga THDF tanpa adanya perangkat SA. Memasukkan SA berbasis serat Cr2AlC/berbentuk busur menghasilkan penguncian mode-starting sendiri di THDFL, seperti yang digambarkan pada Gambar 6b, pada daya pompa 115.8 mW dengan penyesuaian ke polarization controller (PC). Perlu dicatat bahwa alasan utama untuk pergeseran panjang gelombang dari 1955 ke 1908 nm adalah karena hilangnya penyisipan yang tinggi dari serat berbentuk busur dan pergeseran osilasi menuju puncak profil penguatan. Oleh karena itu, mengoptimalkan kerugian penyisipan serat fabrikasi memungkinkan kesempatan untuk memilih panjang gelombang sinyal. Mengikuti pengendapan larutan Cr2AlC ke serat yang disiapkan, perluasan spektrum dapat diamati, memiliki lebar penuh 3 nm pada setengah maksimum / full width at half maximum (FWHM). Selain itu, sideband spektral Kelly dapat diamati pada spektrum, menunjukkan pengoperasian laser serat mode terkunci yang beroperasi dalam rezim dispersi anomali.
Gambar 7 menggambarkan fungsi daya keluaran rata-rata versus nilai daya pompa yang berbeda. Daya keluaran THDFL penguncian mode pasif dipantau menggunakan pengukur daya berbasis termal Thorlabs S302C yang memiliki penguat awal pada daya pompa 70 mW. Munculnya pulsa mode terkunci dimulai pada 115.8 mW. Energi pulsa dihitung menjadi 0.357 nJ, dan daya puncak pulsa mode terkunci adalah 277 W. Lebar pulsa yang lebih pendek akan menghasilkan daya puncak yang lebih tinggi yang diinginkan dalam pulsa penguncian mode. Berdasarkan grafik yang diplot, efisiensi lereng yang diperoleh adalah sekitar 3.1%. Nilai efisiensi yang relatif rendah diperoleh, yang mungkin disebabkan oleh kerugian penyisipan perangkat yang tinggi dan adanya kotoran asing dalam material. Selain itu, kehilangan non-jenuh yang tinggi yang disebabkan oleh kekasaran permukaan yang tidak teratur dari permukaan yang dipoles juga dapat meningkatkan kehilangan yang tidak dapat dijenuhkan dan pada akhirnya mengurangi efisiensi laser. Pengukuran stabilitas operasi penguncian mode juga diuji dengan terus mengamati spektrum optik selama 3 jam. Akibatnya, kinerja stabilitas jangka panjang dapat dipelajari mengenai perubahan panjang gelombang operasi sentralnya dan nilai bandwidth 3 dB. Pengamatan pertama ditandai pada 0 menit, dan spektrum optik berikutnya diambil dalam blok waktu 15 menit. hasilnya tidak menunjukkan fluktuasi yang terlihat pada panjang gelombang operasi pusat dan nilai FWHM selama periode ini. Oleh karena itu, ini menjelaskan bahwa SA serat berbentuk busur yang dilapisi Cr2AlC menunjukkan stabilitas jangka panjang.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
DOI:
