Soliton gelap (Dark Soliton) yang dihasilkan oleh laser serat telah menarik banyak perhatian peneliti dalam beberapa dekade terakhir, karena soliton gelap mendasar diamati oleh propagasi nonlinier dengan Group Velocity Dispersion (GVD) positif dalam serat optik. Soliton gelap terdiri dari penurunan intensitas dalam pancaran gelombang pancaran laser yang terus menerus, yang muncul dalam kasus sebaliknya dari pulsa terang. Pembentukan soliton gelap adalah proses intrinsik dari cahaya yang merambat secara nonlinier dalam serat optik baik dalam rezim dispersi normal atau rezim dispersi anomali. Berbeda dengan soliton terang, studi numerik telah menyatakan bahwa pulsa gelap kurang dipengaruhi oleh kehilangan daya dan kebisingan latar belakang dalam propagasi serat optik. Oleh karena itu pulsa gelap memiliki potensi besar untuk aplikasi dalam sistem komunikasi optik dan pemrosesan sinyal.
Berdasarkan tinjauan di atas, semua generasi soliton gelap di rongga bergantung pada intervensi eksternal seperti memutar Polarization Controller (PC) atau pelat gelombang. Komponen optik ini juga dapat meningkatkan kehilangan total rongga dalam proses perambatan cahaya. Seperti yang kita ketahui, lebih sulit untuk mencapai penguncian ragam (mode) self-start pada laser serat. Sejauh pengetahuan kami, belum ada laporan mengenai pembentukan soliton gelap yang dapat dimulai sendiri dalam laser serat yang dikunci ragam. Dalam paper ini, kami mendemonstrasikan pembentukan self-start dari pulsa gelap vektor dengan keluaran panjang gelombang tiga kali lipat berdasarkan BDF SA tanpa PC untuk pertama kalinya. Selain itu, BDF dapat dengan cepat disambungkan ke dalam rongga cincin untuk mempertahankan konfigurasi semua serat dengan lebih sedikit kehilangan sambungan. Dengan bantuan konfigurasi semua serat, soliton gelap vektor dapat dihasilkan dari rongga cincin EDFL pada ambang pompa yang relatif rendah 54 mW, dan daya output tinggi 15,6mW.
Dioda laser 980 nm disambungkan ke multiplexer divisi panjang gelombang (WDM) 980nm/1550nm sebagai sumber laser. Serat doping erbium (EDF) sepanjang 2.4 m dengan dispersi kecepatan grup (GVD) -20.4 (ps/nm)/km terhubung ke port output WDM. EDF berfungsi sebagai media gain yang memiliki bukaan numerik (NA) sebesar 0.23, koefisien serapan sebesar 25 dB/m pada 980 nm. Diameter teras (core) dan diameter selongsong EDF masing-masing adalah 4 m dan 125渭m. Isolator optik 1550nm dihubungkan setelah EDF untuk menghindari gangguan pada pendaran dan kerusakan pada sumber pompa yang disebabkan oleh cahaya yang dipantulkan di jalur optik. Serat ragam tunggal (SMF) sepanjang 100m dengan GVD 16 (ps/nm)/km dihubungkan ke ujung isolator yang lain. Peran SMF adalah untuk memilih ragam dasar untuk menstabilkan tingkat pengulangan laser selama pengembangan pembentukan pulsa. Sepotong Bismuth Doped Fiber (BDF) sepanjang 15 cm dengan diameter teras 12.7 m dan NA 0.31 dimasukkan ke dalam rongga setelah SMF berfungsi sebagai SA. Sebuah coupler 90/10 ditempatkan setelah BDF untuk membagi daya menjadi dua bagian. Satu bagian dari daya 90% ditransmisikan kembali ke port 1550nm WDM untuk berosilasi di rongga. Bagian lain dari 10% daya dipandu melalui port keluaran untuk pengukuran. Port keluaran dihubungkan ke pengukur daya optik, osiloskop, penganalisis spektrum optik, penganalisis spektrum frekuensi radio untuk mengukur daya keluaran, rangkaian pulsa domain waktu, spektrum panjang gelombang, dan spektrum frekuensi. Mempertimbangkan kuncir komponen optik lainnya, panjang total rongga diukur sekitar 105 m sesuai dengan dispersi rongga bersih -2.1 ps2. Semua komponen dalam rongga laser disambung untuk mencapai konfigurasi semua serat, dan perlu diperhatikan bahwa tidak ada PC yang dimasukkan ke dalam rongga.
Spektrum penguat CW dan panjang gelombang pusat adalah 1601 nm. Setelah BDF sepanjang 15 cm dimasukkan ke dalam rongga laser, pulsa gelap yang beroperasi dalam rezim penguncian ragam dihasilkan secara otomatis karena dispersi anomali rongga serat. Ambang batas operasi penguncian mode adalah 54 mW yang relatif rendah dibandingkan dengan pekerjaan sebelumnya. Hal ini dikaitkan dengan hilangnya penyisipan serat SA, yang relatif lebih rendah. Spektrum optik dari pulsa penguncian ragam, yang menunjukkan operasi tiga panjang gelombang pada 1595 nm, 1598 nm, dan 1602 nm, semuanya dalam L-band. Spektrum serupa dari operasi tiga panjang gelombang telah dilaporkan. Perlu dicatat bahwa spektrum triple-peak diwujudkan karena peningkatan efek birefringence di dalam rongga laser setelah memasukkan BDF. Adanya birefringence yang kuat dapat menyebabkan generasi laser tiga panjang gelombang karena peningkatan bandwidth gain. Kopling lintas fase yang ditingkatkan antara tiga panjang gelombang adalah penyebab pembentukan pulsa soliton gelap bersama dengan kenaikan daya pompa.
Hasil eksperimen menggambarkan rangkaian pulsa soliton gelap yang stabil dengan struktur seragam pada laju pengulangan 1.89 MHz, sesuai dengan interval pulsa-ke-pulsa 529 ns. Lebar pulsa yang diukur pada setengah lebar penuh maksimum adalah 335 ns. Menurut deskripsi teoretis oleh Quiroga-Teixeiro et al., pembangkitan tiga panjang gelombang diinduksi oleh filter bandpass dua punuk, yang dibentuk sebagai BDF SA pasif yang dimasukkan ke dalam rongga untuk berfungsi sebagai pengunci mode pasif. Generasi kereta soliton gelap ditentukan sebagai hasil dari proses pencampuran empat gelombang disipatif (DFWM). Dalam prosesnya, hanya frekuensi yang dipilih oleh filter yang mengalami penguatan positif bersih, dan energinya ditransmisikan ke harmonik tingkat tinggi melalui pencampuran empat gelombang. Karakteristik bandpass dari filter menyebabkan kerugian linier harmonik tingkat tinggi. Pulsa gelap dihasilkan karena fase mode longitudinal dikunci akibat pencampuran gelombang parametrik. Spektrum frekuensi radio dari soliton gelap digambarkan dengan rentang yang lebar dari 0 Hz sampai 50 MHz pada Gambar 2(c). Inset adalah pulsa fundamental dengan tingkat pengulangan 1.89 MHz yang sesuai dengan hasil yang terkait dengan panjang rongga, dan rasio signal-to noise (SNR) adalah 55 dB. SNR yang baik dan beberapa harmonik menunjukkan operasi penguncian mode pulsa gelap sangat stabil.
Sebagai kesimpulan, operasi soliton gelap vektor tiga panjang gelombang self-starting dari ragam EDFL yang dikunci dengan BDF di rongga cincin semua-serat ditunjukkan secara eksperimental. Terlihat bahwa soliton gelap dihasilkan oleh kopling nonlinier timbal balik antara tiga sinar laser panjang gelombang yang berbeda dan soliton yang terbentuk memiliki karakteristik pulsa vektor. Sampai saat ini, hasil eksperimen kami telah menunjukkan bahwa BDF SA dapat digunakan sebagai komponen optik nonlinier yang layak dalam laser serat. Mode tiga-panjang gelombang laser serat terkunci dapat berguna untuk aplikasi dalam komunikasi optik dan sistem pemrosesan sinyal.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
