Perangkat berbasis serat optik telah menarik minat yang kuat para peneliti seperti dalam pengembangan amplifier optik dalam mendukung jaringan optik saat ini. Perkembangan amplifier optik telah mencakup rentang panjang gelombang spektral yang sangat luas yaitu dari pita-S (1460 – 1530 nm) hingga daerah piya-L (1565 – 1625 nm). Selain amplifier optik, perkembangan serupa telah terjadi pada laser serat optik yang mencakup daerah panjang gelombang yang sama. Sebagai perpanjangan untuk menghasilkan laser serat optik panjang gelombang tunggal, ada banyak kegiatan penelitian dalam menghasilkan luaran multi-panjang gelombang yang dapat untuk aplikasi dalam multiplexing divisi panjang gelombang, spektroskopi optik, penginderaan dan pencitraan.
Dalam laser serat optik multi-panjang gelombang, dapat berupa sistem dua panjang gelombang menggunakan kisi pandu gelombang yang tersusun sebagai elemen dan ada juga metode lain seperti menggunakan serat kristal fotonik, interferometer MachZehnder dan hamburan Rayleigh hamburan balik. Selain itu, ada banyak publikasi penelitian tentang luaran multi-panjang gelombang menggunakan efek non-linier Brillouin dan pembangkitan superkontinuum. Perkembangan menarik lainnya yang muncul adalah luaran multi-panjang gelombang yang dapat ditala. Selain itu, lebih banyak teknik yang menggunakan serat Bragg grating (FBGs), filter Sagnac Loop, resonator microring dan berbagai jenis penyerap jenuh (saturable) terus diteliti untuk mengembangkan laser multiwavelength.
Sebagian besar hasil penelitin yang dipublikasikan dalam pembangkitan multi-panjang gelombang berada di daerah panjang gelombang 1,5 µm, 1,55 µm dan 2 µm dengan hanya beberapa di daerah 1,3 µm. Hal ini karena serat optic yang didoping tanah jarang tidak cocok untuk digunakan sebagai media penguatan. Namun, karena wilayah panjang gelombang 1,3 µm masih dapat dimanfaatkan dalam sistem komunikasi optik, medis dan aplikasi potensial lainnya, studi tentang bahan baru seperti bismut untuk pengembangan laser serat di wilayah ini telah dicoba oleh beberapa peneliti. Teknologi terkini dalam laser-serat optic yang didoping bismut telah menarik minat yang signifikan di antara para peneliti karena kemampuannya sebagai media penguatan aktif untuk wilayah panjang gelombang 1,3 µm. Karena nonliniernya yang tinggi dalam panjang medium gain pendek, bismut adalah pilihan yang menarik dalam merancang sumber optik multi-panjang gelombang.
Metode dan Hasil:
Setup eksperimen untuk menghasilkan MWLBDFL ditunjukkan telah dibuat dalam penelitian ini. Serat bismut-doped dipompa menggunakan dua laser dioda yang beroperasi pada 1200 nm dengan daya luaran maksimum masing-masing 500 ± 20 mW. Luaran dari kedua laser diode digabungkan dalam penggabung pompa 1200 nm sehingga cahaya maksimum dipancarkan kemudian diluncurkan ke port pompa dari multiplexer divisi panjang gelombang (WDM) 1200/1310 nm. Luaran umum dari WDM adalah penyambungan fusi dengan media penguatan aktif serat bismut-doped (BDF) 60 m yang akan dieksitasi untuk menghasilkan laser 1,3 µm. BDF memiliki penyerapan 0,64 dB/m pada 1200 nm dan diameter inti dan selongsongnya masing-masing adalah 12,5 dan 125 µm. WDM kedua digunakan untuk memisahkan dan membuang kelebihan pompa dari rongga laser, di mana port 1200 nm diakhiri menggunakan perangkap cahaya serat optik Thorlabs FTFC1 untuk mengurangi pantulan balik. Isolator ditempatkan di dalam rongga laser untuk memastikan operasi berjalan searah. Gulungan serat ragam tunggal (SMF) sepanjang 2 km yang dihubungkan setelah isolator dimaksudkan untuk mengurangi persaingan ragam di rongga sehingga memperoleh luaran multi-panjang gelombang yang stabil. Pembangkitan beberapa osilasi penguat dicapai dengan memasukkan filter serat dua ragam (TMFF) dalam sistem. Pengontrol polarisasi (PC) dimasukkan untuk mengoptimalkan ragam eksitasi yang bergantung pada polarisasi luaran multi-panjang gelombang. Akhirnya, sebuah coupler optik 90/10 dimasukkan untuk memungkinkan 90% dari cahaya berosilasi untuk beredar di dalam rongga laser dan 10% dari itu diamati melalui penganalisis spektrum optik (OSA) dengan resolusi 0,02 nm.
Spektrum optik MWLBDFL dengan garis penguat maksimum diperoleh dengan menetapkan daya pompa pada 1037 mW sambil menyetel PC hingga diperoleh spektrum optik multi-panjang gelombang yang cukup datar, luas, dan stabil tercapai. Spektrum panjang gelombang multi dari MWLBDFL yang tekah ditunjukkan dengan total 18 garis penguat berhasil diperoleh pada rentang ~ 11 nm dari 1316,54 nm hingga 1327,94 nm. Perlu dicatat bahwa, semua 18 puncak panjang gelombang tumpang tindih dengan puncak spektrum transmisi TMF, menandakan penguatan terjadi dari puncak terkait dari spektrum interferensi TMF dengan FSR yang sama sebesar 0,69 nm. Dengan demikian, menghilangkan kemungkinan gangguan sinyal kecil. Jumlah garis penguat ditentukan dalam 10 dB dari puncak maksimum garis penguat, yaitu pada 20,81 dBm. Meskipun ada penelitian tentang MWL berbasis bismut yang menunjukkan jumlah saluran luaran yang lebih tinggi daripada 18 saluran, penguat terjadi pada panjang gelombang yang lebih panjang yaitu 1550 nm. Untuk selanjutnya, sejauh pengetahuan penulis, jumlah luaran penguat di wilayah panjang gelombang 1,3 µm yang dihasilkan oleh MWLBDFL yang telah dibuat adalah yang tertinggi dibandingkan dengan hasil yang dipublikasikan sebelumnya di wilayah panjang gelombang yang sama.
Sebagai penutup, laser serat multi-panjang gelombang untuk wilayah panjang gelombang 1,3 µm dengan konfigurasi sederhana berhasil ditunjukkan dengan menggunakan serat yang didoping bismut sebagai media penguatan aktif dan serat dua mode sebagai filter sisir. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa kombinasi kedua komponen mampu menghasilkan 3 puncak penguat dalam 10 dB dari puncak tertinggi tetapi meningkat pesat dengan kumparan SMF 2 km dalam sistem di mana 18 puncak penguat dengan jarak konstan ~ 0,69 nm dihasilkan. Laser multi-panjang gelombang juga menunjukkan stabilitas besar dalam durasi 150 menit dengan penyimpangan panjang gelombang yang dapat diabaikan dan fluktuasi daya puncak rata-rata kurang dari 1 dB. Temuan ini menandakan bahwa BDFL yang telah dibuat mampu membangun laser serat multi-panjang gelombang untuk komunikasi optik dan penginderaan serat.
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/S0030399221004783
H. Ahmad, N.H. Kamaruddin, S.N. Aidit, M.Z. Samion, M. K. A. Zaini, L. Bayang, Yu Wang, Siyi Wang , J.K. Sahu, M. Yasin, Multi-wavelength Bismuth-doped fiber laser in 1.3 µm based on a compact two-mode fiber filter
