Laser Q-switched yang beroperasi pada durasi pulsa mikrodetik sangat penting untuk berbagai aplikasi, mulai dari pemrosesan bahan hingga aplikasi medis. Konversi gelombang kontinu menjadi gelombang pulsa pendek energi biasanya dicapai berdasarkanpenggabungan elemen optik nonlinier yang disebut saturable absorber (SA) di dalam rongga laser. Laser serat Q-switch pasif pertama-tama diperlihatkan menggunakan semikonduktor saturable absorber mirrors (SESAMs).Namun, SESAMs memiliki rentang tuning yang sempituntuk spektrum panjang gelombang terbatas dan metode fabrikasi kompleks. Oleh karena itu, banyak laser serat telah diperlihatkan dibeberapa tahun terakhir menggunakan berbagai bahan baru sebagai SA seperti carbon nanotube (CNTs), graphene, isolator topologi (TI) dan transisi metal dichalcogenides (TMDs). Semua sistem laser telah menunjukkan kinerja penguat yang unggul karena strukturnya yang ringkas, kemampuan untuk menghasilkan pulsa optik berkualitas tinggi dan konfigurasi bebas pelurusan. Untuk mendapatkan kinerja penguat yang sangat baik, pemilihan material SA penting dalam sistem laser serba guna.
Dalam penelitian ini, laser gelombang kontinu (CW) mulai berkembang pada daya pompa 30,4 mW, sementara laser Q-switcheddimulai pada daya pompa 67,5 mW dan menjadi tidak stabil pada daya pompa di atas 96,4 mW. Q-switching diperoleh pada daya pompa ambang tinggi, karena panjang EDFL yang tidak dioptimalkan dan kehilangan non-saturasi serat D-bentuk fiber-Lu2O3 berbentuk D sebagai SA. Lebih lanjut,meningkatkan daya pompa akan menyebabkan pulsa berkurang, hanya muncul kembali ketika daya pompa berkurang dari 67,5 mW-96,4 mW. Hal ini, menunjukkan stabilitas Q-switched yang dihasilkan untuk mempertahankan kereta pulsa dalam jangka waktu yang lama. Sebagaifabrikasi D-berbentuk serat-Lu2O3diganti dengan konektor serat yang terbuka, hanya CW yang diamati tanpa pulsa yang dihasilkan pada osiloskop menunjukkan pulsa Q-switchedyang diproduksi oleh D-berbentuk serat-Lu2O3. Dengan menerapkan serat D-bentuk serat-Lu2O3di dalam rongga cincin, panjang gelombang pusatbergeser dari 1569 nm ke 1563 nm.Kinerja penguat laser Q-switched yang diinduksi oleh D-berbentuk serat-Lu2O3SA diimplementasikan dalam rongga EDFL diselidikivariasi daya pompa input. Dengan menyetel daya pompa dalam 67,5 mW – 96,4 mW, durasi pulsaQ-switched yang dihasilkan berkurang, sementara tingkat pengulangan meningkat. Hal ini, menunjukkan kinerja EDFL Q-switched yang khas. Dalam daya pompa 67,5 mW – 96,4 mW, pulsa Q-switched merekam tingkat pengulangan 17,25 kHz – 19,7 kHz dengan durasi pulsa berkurangdari 13,68 μs hingga 11,84 μs. Daya output yang direkam oleh rongga cincin menunjukkan kinerja dalam daya pompa 67.5mW – 96.4mW, yaitu 2.76mW – 3.49mW. Nilai-nilai tersebut menunjukkan energi pulsa0,16 μJ – 0,18 μJ dalam kisaran daya pompa yang sama.Jika dibandingkan dengan film oksida lutetium sebagai SA, serat D-berbentuk-Lu2O3memiliki daya output maksimum dan energi pulsa yang lebih tinggi. Oleh karena itu, Lu2O3 pada serat berbentuk-D sebanding dengan Lu2O3yang tertanam dalam PVA, menjadikan serat-D berbentuk SA sebagai alternatif yang baik sebagai SA dalam semua rongga laser serat.
Dengan mengacu pada grafik daya keluaran sebagai fungsi daya pompa, efisiensi lereng 5,73% diperoleh dari Q-switched yang dihasilkan menggunakan serat D-Lu2O3berbentuk-D sebagai SA. Hal ini, disebabkan oleh konfigurasi keunggulan rongga cincin dan efektivitas serat D-Lu2O3berbentuk D sebagai SA. Akhirnya, daya puncak yang diperoleh dengan memvariasikan daya pompa dari 67,5 mW ke 96,4 mW dapat dibandingkan dengan EDFL sakelar-Q pasif lainnya yaitu dari 11,7 mW hingga 14,96 mW.Stabilitas jangka panjang SA jugadiperiksa dengan memantau kondisi Q-switching pada daya pompa sedang 80 mW selama beberapa jam. Selama percobaan, pulsa Q-switched tetap stabil tanpa ada tanda-tanda kehancuran pulsa, di mana menunjukkan bahwa SA masih dalam kondisi baik. Panjang gelombang operasi dari Q-switched EDFL dapat disesuaikan dengan integrasi dari filter yang dapat dirubah di dalam rongga, namun itu akan terbatas dalam area yang dicakup oleh penampang emisi EDF.
Penelitian iniberhasil menghasilkan serat D-Lu2O3berbentuk D yang andal sebagai penyerap saturable untuk menghasilkan EDFL switch-Q. Teknik roda pemoles dengan pemolesan dua kali memastikan interaksi cahaya- Lu2O3yang efisien melalui medan cepat untuk memastikan penyebaran cahaya yang baik di dalam rongga cincin. Kereta pulsa stabil diamati dalam daya pompa 67,5 mW – 96,4 mW dengan tingkat pengulangan maksimum 19,7 kHzsesuai dengan durasi pulsa terpendek 11,84 μs. Dengan energi pulsa maksimum 0,18 μJ, pulsa Q-switched menunjukkan maksimumdaya output 3,49 mW. Stabilitas EDFL Q-switched terbukti dengan SNR 46,26 dB. Serat berbentuk D dengan insersi loss 3 dBdiperoleh diameter 64,86 μm yang cocok untuk membuat sumber laser Q-switched portabel, kuat, dan stabil.
Penulis: Prof. Dr. Retna Apsari, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di: https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2019.162972
A.A.A. Jafry, N. Kasim, Y. Munajat, R.A.M. Yusoff, M.F.M. Rusdi, M.B.H. Mahyuddin, S.W. Harun, H. Arof, R. Apsari (2019). Passively Q-switched erbium-doped fiber laser utilizing lutetium oxide deposited onto D-shaped fiber as saturable absorber. Optik – International Journal for Light and Electron Optics. 193.
