Fiber laser dengan mode terkunci telah menarik perhatian signifikan dalam beberapa tahun terakhir karena keunggulannya dibandingkan sistem laser massal, termasuk keandalan, efektivitas biaya, stabilitas tinggi, dan kekompakan. Laser ini dapat menghasilkan pulsa intens mulai dari femtodetik hingga nanodetik, sehingga menjadikannya berharga untuk aplikasi dalam pemrosesan material, telekomunikasi, optik nonlinier, dan biofotonik. Komponen utama dalam fiber laser dengan mode terkunci adalah penyerap jenuh (SA), yang memulai penguncian mode dengan menyinkronkan fase gelombang cahaya di dalam rongga laser. Banyak material baru telah dieksplorasi sebagai SA, termasuk graphene, dichalcogenides logam transisi, MXene, dan isolator topologi. Namun, material ini menghadapi tantangan seperti biaya fabrikasi yang tinggi dan masalah stabilitas yang membatasi kelayakan komersialnya.
Sebagai alternatif, SA buatan telah muncul sebagai opsi yang pragmatis. Ini termasuk teknik seperti cermin loop optik nonlinier (NOLM), rotasi polarisasi nonlinier (NPR), dan cermin loop amplifikasi nonlinier (NALM). Meskipun efektif, pendekatan ini sering kali memerlukan pengaturan khusus yang dapat membuat sistem laser lebih besar atau berpotensi menurunkan laju pengulangan pulsa. Struktur serat mode tunggal-multimode-mode tunggal (SMS) telah diusulkan sebagai SA buatan lain yang layak, yang beroperasi berdasarkan prinsip interferensi multimode nonlinier. Struktur ini menawarkan alternatif yang lebih sederhana dan mudah dibuat yang dapat menginduksi penguncian mode melalui efek Kerr dari interferensi multimode nonlinier.
Penelitian ini bertujuan untuk menunjukkan penggunaan struktur SMS sebagai SA buatan untuk menghasilkan pulsa nanodetik dalam laser serat yang didoping erbium dengan mode terkunci, yang menunjukkan potensinya sebagai kandidat yang menarik untuk diintegrasikan ke dalam laser serat ultracepat.
Pada penelitian ini, penulis menyajikan susunan eksperimen terperinci untuk menunjukkan pembangkitan pulsa nanodetik menggunakan penyerap jenuh buatan (SA) berdasarkan struktur serat mode tunggal-multimode-mode tunggal (SMS) yang terintegrasi ke dalam laser serat terdoping erbium (EDFL) yang terkunci mode pasif. Persiapan eksperimen dimulai dengan konstruksi struktur SMS, yang terdiri dari serat multimode (MMF) sepanjang 50 mm yang disambung di antara dua serat mode tunggal (SMF). Penyambungan dilakukan menggunakan penyambung fusi, yang memastikan kehilangan minimal pada sambungan. Struktur ini dirancang untuk memfasilitasi efisiensi laser yang optimal dan memungkinkan penguncian mode pada tingkat daya pompa yang lebih rendah. Penulis mengukur spektrum transmisi struktur SMS, yang mengungkapkan pola interferensi periodik karena interferensi multimode saat cahaya merambat melalui MMF. Konfigurasi laser menampilkan rongga cincin yang mencakup serat terdoping erbium sepanjang 40 cm dan menggunakan laser pompa 980 nm untuk memulai eksitasi ion. Untuk mempertahankan sirkulasi cahaya searah, isolator yang tidak peka terhadap polarisasi disertakan. Total panjang rongga sekitar 162 m, dengan SMF tambahan disertakan untuk meningkatkan nonlinieritas dan menyeimbangkan dispersi untuk penguncian mode yang efektif.
Hasil menunjukkan bahwa struktur SMS beroperasi secara efektif sebagai SA buatan, mencapai penguncian mode pada daya pompa ambang batas 189,2 mW. Laser menghasilkan pulsa terkunci mode yang berpusat pada 1567 nm, dengan durasi pulsa 380 ns dan laju pengulangan 1,28 MHz. Energi pulsa rata-rata mencapai puncak 6,0 nJ pada daya pompa 269,1 mW. Lebih jauh, stabilitas operasi terkunci mode dibuktikan dengan rasio sinyal terhadap derau yang tinggi sekitar 70 dB, yang menunjukkan karakteristik pulsa yang konsisten dari waktu ke waktu.
Para penulis menyimpulkan bahwa SA buatan berbasis SMS menunjukkan potensi signifikan untuk menghasilkan pulsa mode-locked yang stabil, dengan aplikasi yang menjanjikan dalam sistem laser serat ultracepat dan amplifikasi pulsa chirped. Stabilitas jangka panjang laser dikonfirmasi melalui operasi berkelanjutan selama 48 jam, mempertahankan kinerja yang konsisten tanpa penurunan kinerja.
Penulis : Prof. Dr. Retna Apsari, M.Si
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
Yaoxian Yang, Yu Chen, Norrima Mokhtar, Mohammad A. Islam, Retna Apsari, Sulaiman W. Harun
