Penguat serat optik dan laser adalah komponen kunci dalam arus jaringan telekomunikasi global, beroperasi di wilayah pita C yang lebih umum dan akhir-akhir ini diperluas ke pita L dan S untuk memenuhi permintaan bandwidth yang meningkat. Bersamaan, minat untuk laser serat juga meningkat secara substansial, terutama dalam pembangkitan laser multiwavelength menggunakan berbagai media gain untuk menjangkau spektrum panjang gelombang yang lebar dari wilayah pita S ke L, dan juga berfungsi sebagai sensor optik. Akhir-akhir ini ada kebutuhan untuk laser pulsa yang beroperasi di wilayah 2 µm yang dapat digunakan untuk aplikasi seperti pengukuran deteksi dan jangkauan cahaya (LIDAR), optik spektroskopi, pembedahan, telekomunikasi dan pemrosesan material. Keuntungan utama menggunakan laser dengan panjang gelombang 2 µm adalah karena memiliki jendela transparansi atmosfer di sekitar panjang gelombang 2,0–2,5. Panjang gelombang ini termasuk puncak penyerapan air yang kuat pada 2 µm yang membuat laser ini berguna untuk diagnostik medis dan laser untuk aplikasi operasi.
Laser pulsa dapat dihasilkan baik secara pasif atau aktif; tetapi akhir-akhir ini, ada lebih banyak fokus untuk menggunakan pendekatan pasif. Teknik pasif dapat digunakan untuk menghasilkan luaran Q-switched atau mode-locked yang hemat biaya, ringkas, sangat stabil dan berulang. Akhir-akhir ini, ragam terkunci secara pasif laser serat menarik perhatian peneliti karena keserbagunaan dan efisiensi berkas sinar yang tinggi. Penyerap saturable semikonduktor mirrors (SESAMs) adalah sumber yang populer untuk pembangkitan laser mode-locked pasif di wilayah spektral 2,0 µm. Namun demikian, kelemahan utama menggunakan SESAM adalah persyaratan untuk penumbuhan yang kompleks, yang biasanya dikombinasikan dengan implantasi ion untuk mengurangi waktu pemulihan. Baru-baru ini, graphene, bahan 2D, telah menjadi bahan yang bagus sebagai alternatif untuk SESAM konvensional karena fabrikasi yang mudah dan biaya rendah. Selanjutnya, beberapa penelitian telah menunjukkan potensi SA berbasis graphene untuk pembangkitan laser serat ultrafast.
Dalam penelitian ini, laser serat yang didoping thulium/holmium dengan ragam terkunci (THDFL) menggunakan MXene V2C telah dibuat dan didemonstrasikan. MXene V2C dilapisi ke serat meruncing, menghasilkan perangkat SA. Sebagai lawan ke konfigurasi film tipis, pembangkitan laser terkunci ragam dengan ambang kerusakan tinggi dan toleransi daya yang baik karena interaksi bidang cepat berlalu dari propagasi balok dengan bahan SA. Selain itu, dibandingkan dengan serat yang dipoles samping, serat tirus tidak sensitif terhadap polarisasi karena bentuknya yang simetris melingkar, dengan demikian, memberikan manfaat nilai tambah, seperti meningkatkan sinyal propagasi dengan SA interaksi material serta mengurangi kerugian penyisipan. Ketika serat tirus berlapis V2C dimasukkan ke dalam THDFL, pulsa ragam-terkunci beroperasi pada 1937 nm dengan lebar pulsa 1,68 ps telah berhasil diamati. Operasi penguncian ragam menunjukkan stabilitas tinggi dengan signal-to-noise rasio (SNR) tercatat > 70 dB. Hasil yang didapat membuktikan bahwa Perangkat fotonik berbasis MXene V2C memiliki aplikasi hebat terutama di pembangkiatn laser serat ultracepat.
Metode dan Hasil:
Larutan V2C dicelupkan ke serat meruncing dengan pinggang diameter sekitar 7,5 µm. SA kemudian dimasukkan ke dalam THDFL rongga. Rongga menggunakan dua dioda laser (LDs) pada panjang gelombang 1560 nm sebagai sumber pompa. Untuk melindungi LD dari belakang refleksi, isolator 1550 nm dihubungkan setelah LD. Panjang gelombang divisi multiplexer (WDM) digunakan untuk menggabungkan balok pompa ke dalam media penguatan. Media penguatan TH512 memiliki panjang 1,5 m dan diproduksi oleh CorActive dan memiliki koefisien penyerapan 15 dB/m pada 1550 nm dengan bukaan numerik (NA) 0,16. Sebuah isolator 2,0 m adalah digunakan untuk memastikan aliran cahaya satu arah di rongga di searah jarum jam, di mana salah satu ujungnya terhubung ke port 2000 nm dari WDM2. Coupler luaran dengan rasio pemisahan 90:10 ditempatkan setelah isolator, di mana 90% cahaya disalurkan kembali ke rongga dan 10% diekstraksi untuk analisis lebih lanjut. Sebuah polarisasi controller (PC) juga ditambahkan ke dalam rongga setelah port 90% dari coupler, dan pada gilirannya, terhubung ke perangkat SA. Akhirnya, luaran dari SA terhubung ke port 2000 nm WDM1 untuk menyelesaikan rongga cincin. Untuk pengukuran spektrum optik dari laser terkunci ragam, penganalisis spektrum optik (OSA) digunakan dengan resolusi 0,05 nm. Fotodetektor (PD) 2,0 µm digunakan untuk mengubah sinyal cahaya menjadi sinyal listrik untuk analisis oleh osiloskop (OSC) dan penganalisis spektrum frekuensi radio (RFSA). Sebuah Autocorrelator digunakan untuk mengukur lebar pulsa keluaran, sedangkan daya luaran diukur menggunakan Pengukur daya optik (OPM). Panjang total rongga THDFL adalah sekitar 18,1 m di mana media penguatan panjangnya 1,5 m sedangkan serat ragam tunggal penghubung (SMF-28) adalah 16,6 m. Parameter dispersi material untuk medium penguatan THDF adalah 30,92 ps nm− 1 km− 1 dengan kelompok kecepatan dispersi (GVD) dari 0,062 ps2/m pada panjang gelombang 1937 nm. Sedangkan untuk SMF 28 nilai parameter dispersi materialnya adalah 32,85 ps nm− 1 km− 1 dan nilai GVD yang sesuai dari 0,065 ps2/m pada 1937 nm. Karena itu, nilai dispersi rongga bersih yang diberikan oleh GVD cavity = LTHDFGVDTHDF + LSMFGVDSMF dihitung menjadi 1,17 ps2 , menunjukkan bahwa laser akan beroperasi dalam daerah dispersi anomali.
Karakteristik luaran mode-locked dari THDFL dengan serat tirus berlapis V2C terintegrasi SA pada daya pompa 326 mW dengan spektrum optik mode-locked memiliki pusat panjang gelombang 1937 nm dan bandwidth 3 dB 2,71 nm. Sideband Kelly diamati dari spektrum luaran karena untuk dispersi anomali dalam rongga. Hasil menunjukkan rangkaian pulsa mode-locked dengan tingkat pengulangan 11,52 MHz. Lebar pulsa diukur sekitar 86,8 ns, yang sangat cocok dengan rongga waktu pulang pergi. Dengan demikian, mengkonfirmasikan operasi dasar dari laser terkunci mode. Lebar pulsa dari ragam-terkunci diperoleh dari jejak autokorelasi dan dilengkapi dengan profil sech2 yang memberikan nilai 1,68 ps. Produk bandwidth waktu (TBP) sebesar 0,362 dihitung berdasarkan lebar pulsa 1,68 ps, panjang gelombang pusat 1937 nm, dan lebar pita 3-dB 2,71 nm, yang menunjukkan luaran yang sedikit berkicau karena nilai yang dihitung sedikit lebih tinggi dari nilai sech2 transform-limited sebesar 0,315. Hasil menunjukkan spektrum RF dari laser mode-locked pada lebar pita resolusi 3 kHz. Puncak yang menonjol diamati pada 11,52 MHz, sesuai dengan frekuensi dasar laser serat. SNR adalah 73 dB, menunjukkan operasi penguncian ragam yang stabil. Panjang gelombang pusat laser yang dikunci ragam juga dapat disetel dengan memasukkan filter bandpass (TBPF). Penggunaan TBPF akan menyaring spektrum optik karena keterbatasan bandwidth TBPF. Oleh karena itu, lebar pulsa yang lebih luas akan dihasilkan. Karena tujuan dari ini eksperimen ini adalah untuk mendapatkan lebar pulsa terpendek karena TBPF tidak tergabung.
Sebagai penutup, materi 2D baru yang dikenal sebagai MXene V2C telah dieksplorasi untuk pembangkitan laser ultracepat di wilayah 2,0 µm. Cairan metode pengelupasan fase digunakan untuk mensintesis MXene V2C dan metode drop-casting dilakukan untuk menyimpan MXene V2C ke serat meruncing. Penguncian ragam telah diamati pada panjang gelombang pusat 1937 nm, dengan pulsa stabil yang memiliki lebar pulsa dan laju pengulangan masing-masing 1,68 ps dan 11,52 MHz. Luaran rata-rata maksimum daya, daya puncak, dan energi pulsa yang dihasilkan oleh ragam-terkunci laser berturut-turut adalah 2,71 mW, 0,14 kW, dan 235,2 pJ. Singkatnya, ini penelitian mengungkapkan temuan baru tentang potensi MXene V2C sebagai SA dalam wilayah “mata-aman” yang dapat diterapkan dalam industri fotonik.
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/S1068520021001383
Harith Ahmad, Rizal Ramli, Siti Aisyah Reduan, Mohammad Faizal Ismail, Moh Yasin., Mode-locked thulium/holmium-doped fiber laser with vanadium carbide deposited on tapered fiber
