Penguncian Mode Pasif dari Laser Serat Ytterbium-doped Menggunakan Pengelupasan Kimiawi Graphene sebagai Saturable Absorber

Share on facebook
Share on google
Share on twitter
Share on linkedin
Ilustrasi laser serat

Ytterbium-doped fiber laser (YDFLs) yang beroperasi pada daerah 1 µm telah menarik banyak minat dalam beberapa tahun terakhir, yang digunakan untuk berbagai macam aplikasi, terutama di industri pemrosesan bahan, spektroskopi, dan operasi medis. Hal tersebut, disebabkan karena bandwidth gain sangat besar dan efisiensi yang sangat luar biasa dari ytterbium-doped serat (YDFs), serta kenyamanan memompa dengan dioda laser 980 nm. Karakteristik dari ytterbium-doped serat (YDFs) mempunyai ukuran yang padat, stabilitas tinggi, dan disipasi panas yang efisien dari teknologi serat, sehingga membuat YDFL menjadi sebuah alat praktis alternatif yang digunakan untuk sistem laser masal.

Dengan perkembangan berbagai pasif saturable absorbers (SAs), perangkat ini sekarang dapat dirancang untuk mencapai operasi pulsa ultra-pendek melalui pendekatan mode-locking. Keuntungan lainnya dari penguncian mode pasif yang didapatkan, seperti, biaya efektif dan mudah diatur. Penumpukan pulsa ultrashort dari kebisingan dan stabilisasi, selanjutnya membutuhkan penggunaan SA cepat seperti nonlinear rotasi polarisasi (NPR), cermin loop optik nonlinier (NOLM), atau sama seperti NALM loop cermin yang memperkuat nonlinier, Semikonduktor SA mirror (SESAMs) dan bahan SA kedalaman modulasi tinggi. NPR, teknik NOLM, dan NALM memanipulasi elemen optik nonlinear di dalam rongga laser untuk mengubah output gelombang kontinu laser menjadi kereta ultrashort pulsa optik.

SESAMs, saat ini mendominasi mode-lock pasif. Namun, mereka memiliki rentang tuning yang sempit (puluhan nanometer) dan membutuhkan fabrikasi serta pengemasan yang kompleks. Alternatif yang lebih sederhana dan hemat biaya bergantung pada nanotube karbon berdinding tunggal (SWCNTs), di mana gelombang kerja panjang didefinisikan dengan memilih diameter SWCNT (celah pita). Di sisi lain, graphene adalah alotrop karbon dalam dua dimensi bentuk kristal yang memiliki sifat listrik dan optik yang luar biasa. Atom-bahan skala nano tipis juga menunjukkan penyerapan optik linier dan saturable sifat penyerapan, yang merupakan parameter penting untuk menghasilkan pulsa laser.

Dispersi linear dari elektron Dirac dalam graphene memungkinkan pita panjang gelombang operasi di mana untuk setiap eksitasi, akan selalu ada pasangan lubang elektron dalam resonansi. Dalam penelitian ini, mendemonstrasikan mode-terkunci YDFL menggunakan film tipis graphene buatan sendiri berbasis saturable-absorber (SAs) sebagai pengunci mode. Film graphene SA menunjukkan kedalaman modulasi 16,2% dan itu dibuat menggunakan serpihan graphene terkelupas secara kimia, yang tertanam ke dalam polimer PEO. SA diintegrasikan dalam rongga YDFL dengan mengapit film tipis SA antara dua konektor serat.

Saturable Absorbers dan Extimental Setup

Laser serat yang dikunci dengan mode Ytterbium-doped (YDFL) ditunjukkan dengan menggunakan graphene terkelupas secara kimia sebagai saturable absorber (SA). Serpihan graphene yang diperoleh tertanam ke dalam PEO polimer untuk memberikan kedalaman modulasi 16,2% dan dimasukkan ke dalam rongga YDFL untuk menghasilkan laser serat ultrafast yang beroperasi pada 1052,9 nm. Laser menghasilkan pulsa soliton stabil dengan tingkat pengulangan 4,5 MHz dan perkiraan lebar pulsa minimum 0,14 ps. Energi denyut nadi 1,5 nJ diperoleh pada daya pompa maksimum 203,5 mW. 

Dalam percobaan, perbedaan tegangan konstan 20 V diterapkan pada dua elektroda (batang grafit) yang ditempatkan 1 cm terpisah dalam sel elektrolisis yang diisi dengan elektrolit (1% natrium dedosil sulfat /SDS dalam air deionisasi). Selama proses pengelupasan elektrokimia, hidroksil, dan oksigen radikal diproduksi karena elektrolisis air di elektroda. Ketika potensial listrik diterapkan antara elektroda, ion negatif bergerak ke arah anoda sedangkan ion positif ke katoda. Dedocyl ion sulfat terakumulasi di anoda dan berinteraksi serta menempelkan dirinya pada permukaan batang grafit. Hal ini, mengakibatkan melonggarnya lapisan graphene dari batang grafit.

Beberapa menit setelah tegangan diberikan, gelembung diamati di katoda karena pembentukan gas hidrogen. Di anoda, interaksi ion dodesil sulfat dengan permukaan grafit terjadi dan setelah dua jam larutan berubah menjadi lebih gelap karena serpihan graphene terkelupas. Proses pengelupasan dilanjutkan selama 2 jam untuk mendapatkan graphene yang stabil suspensi dalam larutan SDS.

Penelitian ini telah berhasil menunjukkan YDFL menggunakan SA berbasis graphene yang terkelupas secara kimia sebagai mode-lock. Graphene dengan kedalaman modulasi 16,2% diperoleh dengan menanamkan serpihan graphene terkelupas ke dalam polimer PEO. Dengan memasukkan film ke dalam YDFL rongga, kereta pulsa mode penguncian soliton stabil diperoleh sebagai 980 nm, daya pompa bervariasi dalam 120,9 mW hingga 203,5 mW. YDFL mode-lock dioperasikan pada puncak pusat pada panjang gelombang 1052,9 nm dengan tingkat pengulangan konstan 4,5 MHz. Energi pulsa maksimum dihitung 1,5 nJ pada daya pompa 203,5 mW, sedangkan lebar pulsa diperkirakan sekitar 0,14 ps sesuai dengan profil pulsa kedua.

Penulis: Retna Apsari

Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:

https://www.oldcitypublishing.com/journals/nloqo-home/nloqo-issue-contents/nloqo-volume-49-number-3-4-2018/nloqo-49-3-4-p-267-275/ 

Berita Terkait

UNAIR News

UNAIR News

Media komunikasi dan informasi seputar kampus Universitas Airlangga (Unair).

Leave Replay

Close Menu