Pembangkitan pulsa telah menjadi topik hangat dalam beberapa tahun terakhir, menjadikan banyak perhatian teknis para peneliti karena penggunaannya yang luas dalam berbagai aplikasi, seperti pemrosesan material, komunikasi optik dan biomedis. Secara umum, mereka dapat diwujudkan dengan dua pendekatan; Q-switching dan mode-locking. Laser Q-switched didasarkan pada modulasi kehilangan intracavity atau Q-factor. Selama pemompaan, faktor Q diturunkan untuk mencegah umpan balik cahaya ke dalam media penguatan dan dengan demikian menginduksi pembentukan inversi populasi. Faktor Q kemudian dengan cepat dikembalikan ke nilai awal yang tinggi untuk memicu penumpukan osilasi yang sangat cepat, yang menyebabkan emisi pulsa pendek luaran cahaya dari laser. Proses ini mampu menghasilkan pulsa energi tinggi, namun demikian karena masa pakai foton terbatas di dalam rongga laser, laju pengulangan pulsa yang dihasilkan dibatasi hanya puluhan kHz. Proses penguncian ragam, di sisi lain akan mengunci fase relatif dari beberapa ragam penguatan di dalam rongga untuk menghasilkan pulsa dengan lebar yang lebih pendek dan tingkat pengulangan yang lebih tinggi. Hal ini dicapai dengan memodulasi kerugian (atau keuntungan) rongga pada kelipatan bilangan bulat dari jarak frekuensi intermode dasar untuk memaksa mode longitudinal menjadi koherensi fase. Ragam penguat ganda yang koheren kemudian memanifestasikan dirinya ke dalam bentuk pulsa temporal yang terdefinisi dengan baik.
Nanomaterial 2D lainnya seperti fosfor hitam, dichalcoganides logam transisi dan isolator topologi juga telah menarik banyak minat dalam beberapa tahun terakhir untuk pembangkitan pulsa di wilayah infra-merah. Baru-baru ini, nanopartikel PbS dan Antimonene juga telah digunakan sebagai Q-switcher di wilayah pertengahan infra merah. Meskipun banyak upaya dalam mengeksplorasi bahan baru, oksida logam transisi (TMO) dan bahan lantanida jarang diteliti. Sebelumnya, Nikel oksida (NiO) dan Titanium dioksida (TiO2) yang termasuk dalam keluarga TMO diusulkan sebagai SA fungsional. Serat terdoping-samarium, yang termasuk lantanida juga ditunjukkan sebagai SA untuk menghasilkan pulsa Q-switched di rongga laser serat yang didoping Ytterbium. Dalam riset ini, telah dilakukan pemanfaatan SA berbasis film Samarium oxide (Sm2O3) dalam rongga EDFL untuk menghasilkan laser Q-switched dan mode-locked yang stabil. Kami telah menyematkan bubuk Sm2O3 komersial ke dalam film polivinil alkohol (PVA) untuk membuat perangkat SA, yang dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam rongga EDFL. Hasilnya, rangkaian pulsa Q-switched self-starting berhasil direalisasikan dengan tingkat pengulangan yang dapat diatur dari 75,8 kHz hingga 99,5 kHz. EDFL mode-locked soliton yang beroperasi pada tingkat pengulangan 1,88 MHz dan lebar pulsa 3,40 diperoleh dengan sedikit modifikasi rongga laser. Kedua laser beroperasi di wilayah pita-C, yang merupakan panjang gelombang yang dibutuhkan untuk komunikasi optik dan aplikasi penginderaan.
Laser serat dibangun menggunakan rongga cincin sederhana, di mana film PVA Sm2O3 yang disiapkan digunakan sebagai bahan penyerap saturable (SA). Perangkat SA yang kompatibel dengan serat diproduksi dengan memasukkan segmen kecil dari film PVA Sm2O3 yang disiapkan di antara dua ferrule serat melalui adaptor serat. Pada sambungan, refleksi parasit diminimalkan dengan mengaplikasikan gel index matching. Serat yang didoping Erbium (EDF) sepanjang 2,4 m dengan serapan pompa 14,5 dB/m pada 980 nm digunakan untuk media penguatan. Itu dipompa oleh dioda laser 980 nm melalui multiplexer divisi panjang gelombang 980∕1550nm (WDM). Isolator optik dimasukkan setelah EDF untuk memastikan osilasi cahaya terarah. Luaran laser diekstraksi dari rongga cincin oleh coupler serat 80/20, yang memberi makan 80% dari daya cahaya berosilasi kembali ke EDF. Karakteristik spektral dari luaran laser dipantau menggunakan optical spectrum analyzer (OSA) dengan resolusi spektral 0,05 nm. Pengukur daya optik kemudian menggantikan OSA untuk mengukur daya luaran rata-rata laser. Karakteristik temporal dianalisis menggunakan osiloskop digital 500-MHz melalui fotodetektor dan autokorelator. Kami menggunakan penganalisis spektrum RF 7,8 GHz untuk mengukur spektrum frekuensi radio listrik (RF) untuk menganalisis stabilitas dan tingkat pengulangan laser. Panjang keseluruhan rongga laser diukur sekitar 11 m.
Operasi mode-locked dengan mudah dicapai ketika SMF dan SA sepanjang 100 m dimasukkan ke dalam rongga. Sebelum penyisipan SA ke rongga, telah dikonfirmasi bahwa rongga EDFL dapat menghasilkan penguat gelombang kontinu (CW) pada panjang gelombang tengah 1570,6 nm. Kemudian kami berhasil menghasilkan penguat mode-locked dengan memasukkan SA sementara panjang gelombang operasional tercatat 1561,6 nm. Operasi penguncian ragam stabil dalam kisaran daya pompa 91,2 hingga 142,0 mW. Hal ini menunjukkan pergeseran panjang gelombang operasional ke panjang gelombang yang lebih pendek, yang memiliki keuntungan lebih besar untuk mengkompensasi kerugian yang disebabkan oleh penyisipan perangkat SA. Daya pompa ambang batas untuk operasi penguncian ragam juga relatif tinggi karena kehilangan penyisipan. Namun, optimasi panjang rongga dapat menghasilkan operasi daya pompa yang lebih rendah dari laser yang dikunci ragam. Dispersi rongga bersih dalam percobaan ini adalah anomali, menghasilkan pembangkitan pulsa mode-locked soliton melalui interaksi modulasi fase-diri dan dispersi kecepatan grup. Hal ini ditegaskan dengan kehadiran sideband Kelly di spektrum.
Hasil menunjukkan rangkaian pulsa keluaran tipikal pada daya pompa 142 mW. Seperti yang ditunjukkan, periodenya ~524.4 ns, yang cocok dengan tingkat pengulangan pulsa dan panjang rongga. Kereta pulsa menunjukkan kinerja yang sangat stabil, di mana tidak ada ketidakstabilan, atau distorsi pada kereta pulsa. Spektrum RF yang dihasilkan dengan rentang hingga 20 MHz dan resolusi bandwidth 300 kHz. Frekuensi dasar terletak pada 1,88 MHz dengan SNR 68 dB, yang menunjukkan kinerja laser serat yang stabil. Lebar pulsa yang diberikan oleh osiloskop adalah ~ 173 ns, yang jauh lebih lebar dari yang kami harapkan, ini dikaitkan dengan resolusi perangkat yang terbatas. Lebar pulsa terkecil yang dapat direkam oleh osiloskop adalah nanosekon, sedangkan bentuk segitiga pulsa dalam jejak osiloskop dikaitkan dengan kebisingan yang diperkenalkan oleh fotodetektor yang menyebabkan peningkatan waktu jatuh pulsa. Lebar pulsa dapat ditentukan dengan menggunakan auto-korelator yang sangat sensitif, yang menunjukkan durasi pulsa 3,40 ps. Sumber cahaya yang telah dibuat adalah sederhana dan hemat biaya sehingga cocok untuk berbagai aplikasi termasuk metrologi, diagnostik biomedis, dan pemantauan lingkungan.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
R. A. M. Yusoff, A. A. A. Jafry, N. Kasim, N. F. Zulkipli, M. Yasin, S. W. Harun., Q-switched and mode-locked Pulse Generation with Samarium Oxide Film Saturable Absorber.
PACS: 42.55.Wd, 42.60.Gd, 42.70.Nq
