Pendahuluan
Laser serat pulsa menunjukkan banyak keuntungan yang mengesankan termasuk energi pulsa tinggi, daya puncak tinggi, lebar nadi sempit, kualitas sinar yang luar biasa, efisiensi konversi tinggi, biaya rendah, konstruksi rongga sederhana, dan output gabungan serat, dll. Dibandingkan dengan metode aktif, metode pasif lebih disukai karena keunggulannya dalam hal kesederhanaan, biaya rendah, struktur kompak, dan kinerja yang andal. Umumnya, laser berdenyut pasif dicapai dengan mengintegrasikan perangkat saturable absorber (SA) dalam rongga laser serat. Sebelum eksplorasi material dua dimensi (2D), semiconductor saturable absorber mirror (SESAM) adalah bahan SA yang paling umum digunakan, yang menggunakan struktur sumur kuantum yang dibuat dengan teknik pengendapan berdasarkan molecular beam epitaxy (MBE). Kinerja SA bergantung pada kedalaman modulasi, pengaruh saturasi, koefisien penyerapan jenuh, dan waktu pemulihan. Parameter ini dapat disesuaikan melalui struktur SESAM. Namun, SESAM menunjukkan karakteristik yang merugikan, seperti waktu pemulihan yang lambat, rentang panjang gelombang fungsional yang sempit, ambang kerusakan yang rendah, biaya yang berlebihan, dan proses fabrikasi yang kompleks. Pembatasan tersebut mendorong eksplorasi material SA baru untuk menggantikan SESAM.
Baru-baru ini, fase MAX, bahan logam-keramik yang muncul juga telah mendapatkan minat besar untuk berbagai aplikasi, seperti teknik nuklir, kedirgantaraan, dan aplikasi suhu tinggi. Fase MAX sebagai prekursor untuk menghasilkan MXene, juga menunjukkan potensi untuk aplikasi fotonik. Hal ini dikaitkan dengan sifat konduktivitas listrik yang besar, kemampuan mesin, ketahanan kejut termal dan toleransi kerusakan. Karena sifat keramiknya, fasa MAX juga ringan dengan ketahanan oksidasi yang baik. Dalam karya ini, kami telah menyelidiki secara eksperimental kelayakan Molibdenum Aluminium Boride (MoAIB) sebagai SA untuk pembangkitan pulsa Q-switched pada wilayah 1,56 m. Rangkaian pulsa yang stabil berhasil diperoleh pada 1560,44 nm dengan bandwidth 3 dB 2,4 nm. Hasil eksperimen membuktikan bahwa MoAIB memiliki karakteristik modulasi optik nonlinier yang sangat baik, yang dapat menjadi kandidat yang menjanjikan untuk Q-switcher dalam sistem laser serat.
Metode dan Hasil
Pengaturan eksperimental untuk menghasilkan EDFL Q-switched pasif menggunakan MoAIB. Rongga laser serat cincin dibangun oleh wavelength division multiplexer (WDM), output coupler, polarization independent isolator (PI-ISO), erbium-doped fiber (EDF), dan single mode fiber (SMF). Serat yang didoping Erbium (EDF) sepanjang 2 m dengan bukaan numerik, diameter inti, group velocity dispersion (GVD) dan serapan puncak masing-masing 0,16, 4 m, 27,6 ps2/km, dan 23 dB/m, digunakan sebagai media perolehan. Dioda laser pompa 980 nm (LD) digabungkan ke dalam rongga melalui wavelength division multiplexer 980/1550 (WDM). PIISO digunakan untuk memaksa operasi laser searah di rongga cincin. Dua output coupler (OC) yang berbeda, dengan rasio kopling 50:50 dan 95:5 digunakan untuk menyelidiki kualitas formasi Q-switched. Panjang rongga total yang digunakan untuk operasi Q-switched adalah sekitar 6 m, termasuk semua single mode fiber standar (SMF-28). Kinerja laser diukur menggunakan OSA, osiloskop 3 GHz (OSC: GWINSTEK, GSP-9300B), radio frequency spectrum analyzer (RFSA: Anritsu, MS 2803 A), fotodetektor InGaAs (Thorlab: DET10D/M) dan optical power meter (OPM: Thorlabs, PM100D).
Dengan mengubah coupler 50:50 menjadi coupler 95:5 dalam pengaturan rongga yang sama, maka lebih banyak foton yang beredar di laser serat dan mempersingkat durasi SA untuk mencapai keadaan saturasi. Oleh karena itu, kualitas pulsa Q-switched telah meningkat dalam hal tingkat pengulangan pulsa yang tinggi dan lebar pulsa yang lebih pendek. Dalam rongga coupler 95:5, laser mulai beroperasi dalam mode Q-switched pada daya pompa 20 mW. Serupa dengan pengaturan sebelumnya, spektrum optik mengalami pergeseran biru dalam operasi Q-switching. Laser Q-switched terombang-ambing pada sekitar 1560,44 nm dengan integrasi SA dan 1565,24 nm tanpa SA (operasi CW) pada daya pompa 75,9 mW. Hasil menampilkan jejak osiloskop khas laser ketika daya pompa operasi ditetapkan pada 75,9 mW. Rangkaian pulsa stabil yang dihasilkan berada pada 60 kHz dengan lebar pulsa terpendek 3,6 s. Interval pulsa 16,6 s berhubungan dengan tingkat pengulangan pulsa 60 kHz Stabilitas operasi Q-switching diselidiki menggunakan spektrum RF pada daya pompa 75,9 mW. Frekuensi dasar diperoleh pada 60 kHz seperti yang tercatat dalam spektrum RF. SNR dari puncak frekuensi adalah 61,6 dB, yang lebih baik dari pengaturan pasangan 50:50.
Kinerja pulsa yang bergantung pada intensitas dianalisis lebih lanjut dan hubungan daya luaran dan laju pulsa dan dengan peningkatan daya pompa. Laju repetisi berhasil ditingkatkan dari 30,66 kHz menjadi 60 kHz, dengan kenaikan pompa dari 20 mW menjadi 75,9 mW. Dengan rentang daya pompa yang sama, daya luaran diperkuat secara linier dari 0,11 mW menjadi 0,82 mW. Lebar pulsa dan energi pulsa yang dihitung dengan kekuatan pompa yang berbeda. Sejalan dengan operasi Q-switching yang khas, lebar pulsa menunjukkan tren penurunan dan energi pulsa menunjukkan tren peningkatan terhadap daya pompa tambahan. Membandingkan kinerja pulsa antara rongga 50:50 dan 95:5 OC, rongga 95,5 OC telah menghadirkan kualitas denyut yang lebih baik; tingkat pengulangan pulsa ~30% lebih tinggi dan lebar pulsa ~18% lebih sempit. Di sisi lain, 50:50 OC memungkinkan lebih banyak ekstraksi foton dari rongga, yang menghasilkan ~88% daya keluaran lebih tinggi dan ~144% energi pulsa lebih tinggi dibandingkan dengan rongga 95:5 OC. Dibandingkan dengan bahan yang muncul lainnya, SA yang diusulkan telah menyajikan pulsa Q-switched yang sebanding. Selain itu, fasa MAX sebagai bahan pra-etsa MXene, tidak membutuhkan proses etsa tambahan untuk membentuk SA berbasis MXene. Selain itu, fase MAX bersifat kaku secara elastis, dan tahan tinggi terhadap serangan kimia, yang memungkinkannya berfungsi sebagai lingkungan industri SA.
Sebagai kesimpulan, kami telah berhasil menunjukkan generasi pulsa Q-switched di EDFL menggunakan MoAIB yang dikelupas secara mekanis sebagai SA. MoAIB-SA berfungsi untuk memodulasi penguat CW ke dalam operasi Q-switching, dan berhasil dievaluasi dalam dua rongga yang dikonfigurasi dengan output coupler 95:5 dan 50:50. Kedua pengaturan rongga dapat menginduksi operasi Q-switching dengan penggabungan MoAIBSA. Dalam pengaturan coupler 95:5, pulsa Q-switched menyajikan denyut yang lebih baik dalam hal tingkat pengulangan pulsa yang lebih tinggi dan lebar pulsa yang lebih sempit, sedangkan pengaturan coupler 50:50 memungkinkan daya keluaran yang lebih tinggi dan energi pulsa yang lebih tinggi untuk diekstraksi dari sistem laser serat.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
Abdulkadir Mukhtar Diblawe , Mustafa Mohammed Najm, Bilal Nizamani, Ahmad Haziq Aiman Rosol, Abdullahi Mohamed Samatar , Kaharudin Dimyati, Moh Yasin, Zian Cheak Tiu , Sulaiman Wadi Harun.
