Laser dengan panjang gelombang ganda telah berkembang pesat selama beberapa tahun terakhir, karena banyak aplikasi potensialnya di area yang luas seperti jangkauan laser, penginderaan jauh, kedokteran, dan komunikasi optik. Sampai saat ini, pembangkitan panjang gelombang ganda berdasarkan bahan yang didoping neodymium dalam rentang spektral dari 1.04 hingga 1.12 渭m telah dilaporkan dalam penelitian substansial, karena ion neodymium dapat memancarkan radiasi dalam dua atau lebih panjang gelombang dengan jarak spektral antara transisi 4 F3/2 dan 4 I11/2. Karena 12 garis pada transisi ini sesuai dengan spektrum pendaran ion neodymium dalam kristal, sebagian besar penelitian telah berfokus pada laser solid-state yang didoping neodymium massal termasuk laser kristal isotropik dan laser kristal anisotropik. Namun, neodymium-doped fiber laser (NDFL) kurang menarik perhatian karena teknologi pembuatan serat optik yang belum matang. Selain itu, sejauh ini ada laporan langka tentang laser all-fiber yang didoping neodymium dengan panjang gelombang ganda. Dibandingkan dengan laser solid-state, laser all-fiber memiliki keunggulan alami dari struktur kompak, portabilitas yang nyaman, dan efektivitas biaya. Oleh karena itu, mengeksplorasi metode yang efektif untuk mencapai operasi dua panjang gelombang di all-fiber NDFL akan menjadi subjek yang menjanjikan.
Baru-baru ini, bismuth-doped fiber(BDF) telah dilaporkan sebagai proposal yang menjanjikan untuk beroperasi sebagai filter lolos panjang. Spektrum sumber superkontinuum yang digabungkan dengan BDF ditekan sebelum 1050 nm, panjang gelombang batas BDF. Secara eksplisit disebutkan bahwa BDF merupakan media yang potensial untuk aplikasi filtering. Dalam makalah ini, NDFL dengan panjang gelombang ganda berhasil ditunjukkan dengan memasukkan sepotong BDF baru sebagai filter spektral dan modulator kerugian dalam rongga cincin. Penguatan panjang gelombang ganda berhasil dicapai pada 1080.8 nm dan 1090.2 nm secara bersamaan. Karena efek nonlinier yang ditimbulkan oleh BDF, gelombang kontinu sinusoidal murni dengan pengulangan 9.1 MHz dihasilkan. Sejauh pengetahuan kami, ini adalah pertama kalinya BDF beroperasi sebagai filter spektral untuk mencapai laser all-fiber panjang gelombang ganda secara eksperimental.
Pengaturan eksperimental all-fiber NDFL panjang gelombang ganda dengan BDF sebagai filter spektral. Rongga cincin all-fiber terdiri dari wavelength division multiplexer (WDM), neodymium-doped fiber (NDF) sepanjang 17 m, BDF yang baru dikembangkan, dan coupler keluaran 80:20 (OC). NDF adalah model DF1000 dari FIBERCORE dengan aperture numerik sekitar 0,2 dan diameter inti/kelongsong 3.5/125 m. Penyerapan pada 1.08 m adalah 8.5 dB/m. BDF memiliki aperture numerik 0.3 dan diameter inti 12.7 m. Dioda laser komersial 808 nm dengan daya keluaran maksimum 228 mW terhubung ke WDM untuk memompa serat aktif. OC mengekstrak 20% daya dari rongga cincin untuk tujuan pemantauan. Spektrum optik dipantau oleh penganalisis spektrum optik (Anritsu MS9710C) dengan resolusi 0.05 nm. Bentuk gelombang diukur dengan osiloskop (GWINSTEK GDS-3352) dengan pembagian daya minimal 2 mV. Spektrum frekuensi dideteksi oleh penganalisis spektrum radio frequency (RF) (Anritsu Ms2683A) dengan rentang 7.8 GHz.
Sepotong BDF dengan diameter inti 12.7 m dan NA 0.31 dimasukkan ke dalam rongga antara NDF dan OC. OC terbuat dari serat optik single-mode dengan diameter inti 3.7 m (indeks bias kaca inti adalah ncore = 1.470, panjang gelombang cut-off c = 820 nm) dan diameter luar 125 m (indeks bias kaca kelongsong, nclad = 1.461). Karena diameter inti BDF secara signifikan lebih besar daripada inti OC dan NDF, interferensi mode terjadi di dalam BDF untuk bertindak sebagai filter spektral untuk pembangkitan panjang gelombang ganda. Selain itu, BDF juga terdiri dari kandungan GeO2 yang tinggi sehingga memiliki koefisien non-linier yang tinggi karena pembentukan pusat aktif terkait bismut yang terkait dengan germanium.
Kemudian evolusi spektrum NDFL terhadap kekuatan pompa yang berbeda diselidiki setelah memasukkan BDF 30 cm ke dalam rongga. Spektrum keluaran NDFL dengan dan tanpa BDF keduanya disertakan untuk tujuan perbandingan. Daya pompa ambang laser yang diusulkan adalah 37 mW untuk operasi gelombang kontinu. Seperti yang dapat dilihat, spektrum emisi laser tanpa BDF memiliki bentuk eksponen tunggal dengan panjang gelombang pusat 1088.8 nm. Setelah BDF dimasukkan ke dalam rongga, lebar spektrum laser menjadi lebih sempit, dan panjang gelombang pusat bergeser ke 1090.2 nm. Ini dikaitkan dengan hilangnya BDF yang bergantung pada polarisasi, yang meningkatkan kehilangan rongga dan memaksa laser untuk beroperasi pada panjang gelombang yang lebih panjang dengan perolehan bersih yang lebih tinggi. Karena daya pemompaan lebih ditingkatkan menjadi 52 mV, spektrum laser tanpa BDF memiliki lebar spektral gain yang lebih luas daripada sebelumnya. Tercatat bahwa panjang gelombang tengah laser dengan BDF tetap sama pada 1090.2 nm. Saat daya pompa meningkat menjadi 59 mW, lebar spektral laser tanpa BDF terus melebar. Sementara itu, operasi panjang gelombang ganda diamati pada laser dengan BDF karena spektrum emisi diperpanjang oleh daya pompa yang ditingkatkan. Panjang gelombang pendek dirangsang secara bersamaan pada 1080.8 nm, dan panjang gelombang panjang tetap sama seperti pada 1090.2 nm.
Singkatnya, menggunakan BDF baru dengan panjang 30 cm sebagai filter spektral, kami telah secara eksperimental menyelidiki pembentukan panjang gelombang ganda dan generasi CW sinusoidal dalam all-fiber NDFL. Ditemukan bahwa karakteristik nonlinier BDF mampu menekan persaingan mode untuk menghasilkan keluaran laser dengan panjang gelombang ganda dan menyeimbangkan intensitas daya antara panjang gelombang yang berbeda. Fungsi penyaringan BDF dapat diterapkan pada banyak aplikasi seperti pemilihan panjang gelombang dalam spektroskopi WDM, penginderaan serat dan komunikasi optik. Selain itu, laser all-fiber yang diusulkan menyediakan konfigurasi sederhana, biaya rendah, struktur kompak dan operasi yang stabil di bawah suhu kamar.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si. (Corresponding & First Author)
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
