Teknik aktif dan pasif dalam Q-switching telah dipelajari secara ekstensif dengan sejumlah makalah penelitian yang dilaporkan. Namun, sebagai perbandingan, teknik pasif berdasarkan elemen nonlinier yang disebut saturable absorber (SA) menarik banyak perhatian dan masih muncul. Laser serat Q-switched pasif dengan energi pulsa tinggi yang memberikan keuntungan berupa kekompakan, biaya rendah, keandalan, dan kesederhanaan telah menempati berbagai aplikasi selama bertahun-tahun, seperti komunikasi optik, pemotongan mikro, kedokteran, militer, dan pencarian jangkauan. Operasi pita lebar, waktu pemulihan ultracepat, intensitas saturasi rendah, dan ambang kerusakan tinggi adalah fitur ideal SA.
Dalam karya sebelumnya dari semiconductor saturable absorber mirrors (SESAMs), graphene dan nanotube karbon berdinding tunggal sebagai Q-switcher, ada beberapa kelemahan mereka sendiri, seperti fabrikasi yang kompleks dan mahal, keterbatasan sifat optik nonlinier, dan bandwidth operasi yang sempit, yang membatasi aplikasinya dalam laser berdenyut. Dengan demikian, minat yang signifikan dan berkembang dalam mengeksplorasi bahan SA baru masih diamati. Bahan dua dimensi (2D), kelas SA yang muncul terkait dengan graphene, telah berevolusi sebagai bahan rekayasa yang menunjukkan sifat listrik dan optik yang unik untuk operasi pita lebar. Selain topological insulators (TI), transition metal dichalcogenides (TMDs), dan black phosphorus (BP), transition metal oxides (TMO), seperti zinc oxide (ZnO), vanadium oxide (V2O5), dan titanium dioxide (TiO2), memiliki juga telah banyak ditunjukkan sebagai SA untuk generasi laser pulsa. Melalui banyak kontribusi baru-baru ini di berbagai bidang mulai dari fotovoltaik hingga fotonik, penggunaan TiO2 untuk Q-switching masih relevan.
Dalam makalah ini, kami mendemonstrasikan erbium-doped fiber laser pasif Q-switched (EDFL), menggunakan pasta koloid TiO2 sebagai SA, yang dimasukkan langsung ke dalam rongga laser dengan melapisi ujung datar ferrule serat. Setelah terhubung, laser serat menghasilkan rangkaian pulsa Q-switched, dengan spektrum keluarannya dipusatkan pada 1.565 nm. Lebar pulsa terpendek diperoleh pada 2.08 碌s dengan daya output maksimum 2.18 mW dan energi pulsa masing-masing 29.91 nJ. Tingkat pengulangan tertinggi 72.89 kHz diamati pada daya pompa 104.62 mW. Stabilitas tinggi dari Q-switched berdenyut pada rasio signal-to-noise 58 dB menunjukkan potensi yang menonjol dari koloid TiO2 untuk pembangkitan pulsa.
Titanium dioksida, anatase (TiO2) nanopowder, dengan ukuran partikel <25 nm, berat molekul 80 g/mol, dan kemurnian 99.7%, disiapkan. Campuran yang terdiri dari 0.2 M TiO2, 2 ml etanol, dan beberapa tetes asam asetat ditumbuk menggunakan mortar hingga menjadi larutan yang homogen. TiO2 dibuat melalui metode yang sebelumnya dilaporkan oleh Kamarulzaman et al. Solusi ini kemudian disimpan pada suhu kamar dan digunakan untuk pengembangan rongga EDFL. Panjang total rongga sekitar 13 m. Rongga laser dipompa oleh dioda laser 980 nm (LD) melalui wavelength-division multiplexer (WDM). Sebuah erbium-doped fiber (EDF) sepanjang 2.4 m digunakan sebagai media penguatan, bersama dengan isolator, koloid TiO2 SA, dan coupler keluaran 90:10. Fungsi isolator adalah untuk menjamin rambatan searah dari cahaya yang bersirkulasi di dalam rongga cincin. Ujung datar dari ferrule serat dicelupkan ke koloid TiO2 selama 15 menit dan dibiarkan kering pada suhu kamar selama 5 menit.
Percobaan dimulai dengan menghapus semua perangkat SA yang mungkin dari rongga cincin. Karena daya pompa disetel pada rentang yang luas, tidak ada operasi Q-switched yang diamati pada osiloskop, sehingga diverifikasi bahwa hasil yang diperoleh sesudahnya, dikaitkan dengan TiO2 SA. Saat kami menghubungkan ferrules serat yang telah dilapisi dengan TiO2 SA, operasi Q-switching self-starting terjadi pada daya input 63.41 mW. Pulsa Q-switched tetap stabil hingga daya pompa 104.62 mW. Hasilnya menunjukkan spektrum keluaran laser, berpusat pada panjang gelombang 1.565 nm, dan bandwidth spektral 3 dB yang sesuai diukur pada 1.9 nm. Selanjutnya dapat terlihat bahwa rasio signal-to-noise RF (SNR) adalah 58 dB, menegaskan stabilitas pulsa laser. Laju pengulangan pada masing-masing daya pompa meningkat terus dari 59.84 menjadi 72.89 kHz, dan durasi pulsa menyempit dari 3.02 menjadi 2.08 碌s.
Karena daya pompa bervariasi dari 63.41 hingga 104.62 mW, laju pengulangan meningkat dari 59.84 menjadi 72.89 kHz, dan durasi pulsa menurun dari 3.02 menjadi 2.08 碌s. Durasi pulsa memiliki pengurangan yang lebih kecil sekitar 1 碌s, karena saturasi foton yang beredar di dalam rongga cincin. Tingkat pengulangan yang lebih tinggi dapat dicapai dengan intensitas optik saturasi TiO2 SA yang lebih rendah. Kami menyajikan energi pulsa dan daya keluaran rata-rata sebagai fungsi dari daya pompa yang datang. Daya keluaran dan energi pulsa meningkat secara linier pada awalnya. Namun, dapat dilihat bahwa daya keluaran dan energi pulsa mulai jenuh ketika daya pompa mencapai 104.62 mW. Kejenuhan mungkin disebabkan oleh pemutihan dan termal. Efek akumulasi TiO2 SA pada pompa input tinggi. Namun, operasi Q-switched tetap stabil selama lebih dari 60 menit, dan tidak ada kerusakan yang diamati. Daya keluaran maksimum dan energi pulsa dicatat masing-masing pada 2.18 mW dan 29.91 nJ. Dengan lebar pulsa pendek, energi pulsa tinggi, spektrum keluaran yang luas, dan SNR yang sangat baik, demonstrasi Q-switching pasif, menggunakan TiO2 SA dalam bentuk koloid, menunjukkan potensi yang signifikan, jauh lebih mengesankan dibandingkan dengan Q-switching pasif lainnya, sebagaimana dilaporkan dalam publikasi.
Singkatnya, kami berhasil mendemonstrasikan Q-switching pasif dengan EDFL, menggunakan koloid TiO2 sebagai SA. Ujung datar dari ferrule serat dicelupkan ke koloid selama 15 menit dan dibiarkan kering pada suhu kamar selama 5 menit untuk membentuk lapisan tebal pelapis. Konstruksi metode ini telah berhasil mencapai pulsa Q-switched dalam daya pompa mulai dari 63.41 hingga 104.62 mW. Kami mencatat daya keluaran maksimum dan energi pulsa masing-masing pada 2.18 mW dan 29.91 nJ. Gelombang pulsa menunjukkan tingkat pengulangan yang meningkat dari 59.84 menjadi 72.89 kHz, sedangkan lebar pulsa menunjukkan tren penurunan dari 3.02 menjadi 2.08 碌s. SNR 58 dB menunjukkan stabilitas yang sangat baik dari status Q-switching. Hasil ini mengungkapkan bahwa sistem koloid TiO2 memiliki keuntungan dengan menghasilkan pulsa Q-switched stabilitas tinggi yang dapat berkontribusi pada aplikasi fotonik.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
Norizan Ahmed, N. H. Kamarulzaman, Nur Farhanah Zulkipli, Suziana Omar, Zulzilawati Jusoh, Husna A. Rahman, Baktiar Musa, Moh Yasin, and Sulaiman Wadi Harun.
