Selama beberapa tahun terakhir, laser pulsa telah menjadi perhatian yang menarik bagi para peneliti dan banyak digunakan dalam aplikasi yang luas, seperti medis, optoelektronik dan teknik material. Laser pulsa dibandingkan dengan gelombang kontinu, memberikan banyak keuntungan seperti memberikan energi pulsa dan daya puncak yang tinggi. Secara umum, laser pulsa dapat dimulai dengan teknik aktif atau pasif. Teknik aktif membutuhkan sistem yang lebih kompleks, yang menggunakan modulator elektro atau akustik-optik dengan komponen optik tambahan seperti lensa, cermin, dan unit U-bench. Perangkat tambahan tersebut merupkan kerugian penyisipan dalam sistem laser. Oleh karena itu, mekanisme pasif lebih disukai karena lebih kompak, memberikan stabilitas yang lebih baik, dan biaya yang relatif rendah, tanpa penambahan modulator eksternal.
Teknik pasif memanfaatkan karakteristik penyerapan jenuh dari bahan yang sesuai, yang menunjukkan pengurangan kemampuan penyerapan dengan peningkatan intensitas cahaya di dalam rongga laser. Secara konvensional, cermin penyerap saturable semikonduktor (SESAMs) secara luas digunakan sebagai penyerap jenuh (SA) dalam sistem laser komersial. Namun, pengembangan sistem laser berbasis SESAM dibatasi oleh kompleksitas dalam fabrikasi, panjang gelombang operasi yang terbatas, dan biaya yang cukup tinggi. Untuk mengatasi keterbatasan ini, bahan dasar karbon (seperti karbon nanotube, graphene, graphite, graphene oxide) telah diusulkan sebagai alternatif. Bahan-bahan ini memiliki waktu pemulihan yang sangat singkat sekitar 500 fs, ambang kerusakan yang lebih tinggi dan spektrum operasi yang lebih luas, tetapi masih mengalami kesulitan dalam fabrikasi yang kompleks dan aplikasi yang terbatas. Setelah graphene, material berdimensi rendah digunakan di bidang nanoteknologi dan sains seperti transisi logam-dikalkogenida (TMDs) dan isolator Topologis (TIs). TMD memiliki penerimaan orde kedua yang tinggi, orbit kopling yang kuat, dan mobilitas pembawa yang tinggi. TI memiliki ambang saturasi yang rendah dan koefisien nonlinier yang tinggi. Namun, celah pita TI tergantung pada panjang gelombang operasional yang membuat kompleks fabrikasi TI. Jenis bahan 2D ketiga adalah fosfor hitam (BPs), yang dianggap sebagai bahan yang stabil secara termodinamika karena celah pitanya yang kecil. Sayangnya, BP memiliki sensitivitas tinggi terhadap udara dan air. Baru-baru ini, oksida logam dan karbida logam juga dilaporkan sebagai SA untuk pembangkitan laser pulsa. Selain itu, MXene, jenis material 2D baru digunakan sebagai SA dalam rongga laser serat karena memiliki sifat optik nonlinier yang tinggi untuk menghasilkan laser ultra-cepat.
Konfigurasi cincin optik dari Q-switched EDFL menggunakan bahan penyerap saturable telah dibuat dalam eksperimen ini. Fungsi SA untuk memodulasi kerugian intracavity dengan memodulasi kerugian intracavity dan dengan demikian faktor Q dari resonator laser untuk pembangkitan Q-switched pulsa. Serat erbium-doped (EDF) sepanjang 2,4 m dipompa oleh laser semikonduktor ragam (mode) tunggal (LD) 980 nm, melalui multiplexer divisi panjang gelombang (WDM) 980/1550 nm. Coupler gabungan serat 50:50 digunakan untuk diumpankan kembali 50% dari cahaya berosilasi ke rongga. luaran laser disadap dari port kedua coupler 50:50. EDF memiliki bukaan numerik (NA) 0,23, diameter teras dan kelongsong masing-masing 4 µm dan 125 µm, dan koefisien penyerapan sekitar 25 dB/m pada 980 nm. Keteraturan cahaya di dalam resonator optik dijamin dengan memasukkan isolator tidak sensitif polarisasi di antara WDM dan perangkat SA. Frekuensi sinyal diamati dengan penganalisis spektrum frekuensi radio (RFSA) dan analisis domain waktu oleh Oscilloscope (GDS-3352). Baik RFSA dan Oscilloscope terhubung melalui fotodetektor 1,2 GHz. Kami mendapat spektrum optik luaran oleh OSA, memiliki resolusi 0,07 nm. Selain itu, optical power meter digunakan untuk mengukur daya luaran dalam satuan miliwatt (mW). Total panjang rongga adalah sekitar 7 m.
Dalam studi ini, daya pompa masukan ditingkatkan terus dan luaran EDFL dianalisis menggunakan osiloskop dan penganalisis spektrum. Pada awalnya, hanya laser gelombang kontinu yang dihasilkan ketika tidak ada SA yang digunakan dalam konfigurasi laser. Laser CW bertahan sepanjang rentang daya yang tersedia untuk pompa masukan. Namun, ketika film lawsone SA diposisikan antara coupler dan isolator di dalam rongga, pulsa Q-switched yang stabil dan dimulai sendiri menggantikan laser CW mulai dari daya pompa ambang 26 mW hingga 43,3 mW. Hasil menunjukkan rangkaian pulsa dan plot pulsa tunggal dari laser Q-switched pada daya pompa masing-masing 26, 33,6, dan 43,3 mW. Mereka ditangkap melalui fotodetektor 1,2 GHz yang terhubung ke osiloskop.
Kereta pulsa yang diproduksi pada daya pompa 26 mW. Ini memiliki tingkat pengulangan 70 kHz dan lebar pulsa 2,25 s. Pada daya pompa menjadi 33,6 mW, laju pengulangan rangkaian pulsa meningkat menjadi 75,4 kHz sementara lebar pulsanya turun menjadi 1,8 µs. Pada daya pompa maksimum 43,3 mW, laju pengulangan pulsa dan lebar pulsa adalah 80 kHz dan 1,7 µs. Diamati bahwa rangkaian pulsa tetap halus dengan sedikit kebisingan atau fluktuasi selama lebih dari 48 jam terus menerus. Pengamatan ini membuktikan stabilitas laser Q-switched tinggi. Percobaan diulang beberapa kali, dan setiap kali SA mampu menghasilkan output laser Q-switched yang sama tanpa perbedaan kualitas yang mencolok. Namun, ketika daya pompa melewati 45 mW hingga nilai maksimum 300 mW, pulsa Q-switched menjadi tidak stabil. Setelah mengurangi daya pompa kembali ke 43,3 mW, rangkaian pulsa Q-switched yang stabil muncul kembali. Hal ini menunjukkan bahwa SA tidak rusak dan ambang batas kerusakannya lebih dari 300 mW.
Sebagi penutup makalah ini, kami telah berhasil menyiapkan film lawsone dan digunakan sebagai penyerap jenuh untuk menghasilkan EDFL Q-switched secara pasif. Kisaran stabil operasi Q-switched diamati dari daya pompa 26 hingga 43,3 mW, pada panjang gelombang tengah 1564 nm dan laju pengulangan 70–80 kHz. Energi pulsa tertinggi dan lebar pulsa terpendek diperoleh masing-masing 53,7 nJ dan 1,7 µs. Hasil bahan SA menunjukkan operasi yang menjanjikan dari rongga EDFL Q-switched pasif (pada wilayah 1,5-mikro).
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1068520021000869
Rawan S.M. Soboh, Ahmed H.H. Al-Masoodi, Fuad. N.A. Erman, Ab. H.H. Al-Masoodi, B. Nizamani, H. Arof, M. Yasin, S.W. Harun., Lawsone dye material as potential saturable absorber for Q-switched erbium doped fiber laser.
