Efek nonlinier dalam bahan 1, 2, atau 3 dimensi (3D) telah dipelajari oleh banyak fisikawan dan insinyur selama beberapa dekade terakhir. Para peneliti telah menemukan banyak sifat optik yang aneh dalam bahan-bahan ini yang membantu mereka mengembangkan banyak perangkat dan sistem optik terutama untuk aplikasi optoelektronik dan fotonik, sebagai contoh untuk pembangkitan pulsa dalam rongga laser telah ditunjukkan oleh berbagai efek nonlinier termasuk elektro-optik, penyerapan saturable, dan Kerr. Untuk menghasilkan emisi pulsa pendek dalam laser serat, Q-switching adalah salah satu metode yang paling umum digunakan. Bahan saturable absorber (SA) digunakan sebagai Q-switcher karena volumenya yang kecil, kemampuannya untuk menghasilkan karakteristik luaran laser yang baik, dan stabilitas mekanik yang tinggi. Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa bahan SA seperti karbon nanotube (CNT), isolator topologi (TI), graphene, dichalcogenides logam transisi (TMDs) dan nanopartikel logam (NP) telah dieksploitasi untuk menghasilkan pulsa di berbagai daerah laser.
Baru-baru ini, para peneliti telah beralih ke bahan organik dalam mencari SA baru dalam laser serat yang memiliki respons nonlinier ultracepat tinggi dan mudah dibuat. Poli(3,4 ethylenedioXythiophene): poli(4-styrenesulfonate) (PEDOT: PSS) adalah salah satu bahan organik paling signifikan yang telah diselidiki secara intensif. PEDOT: PSS memiliki kinerja pembentukan film yang luar biasa, fleksibilitas, stabilitas termal, dan transparansi. Selain itu, PEDOT: PSS memiliki konduktivitas tinggi untuk berbagai aplikasi seperti LED organik, tampilan fleksibel, kapasitor elektrolit padat, sifat elektronik yang dapat dipakai dan sel surya. Dalam eksperimen ini, kami mendemonstrasikan EDFL Q-switched menggunakan PEDOT: PSS SA, yang disiapkan dengan pendekatan spin-coating untuk menyimpan bahan ini ke PVA. Sepengetahuan kami, PEDOT: PSS belum dilaporkan dalam laser serat. PEDOT: PSS menunjukkan respons nonlinier-optik yang ditandai dengan celah pita optik 3,3 eV dan 4,1 eV, kedalaman modulasi 22%, dan intensitas saturasi 0,21 MW/cm2.
Metode dan Hasil
Film PEDOT: PSS spin-coated yang disiapkan dipotong menjadi potongan ~ 1 × 1 mm2 dan diapit di antara dua ferrule serat tunggal untuk membentuk perangkat SA. Untuk menguji kemampuan Q-switching di wilayah 1,5 m, SA dimasukkan ke dalam rongga EDFL. Dioda laser yang beroperasi pada 980 nm memompa EDF sepanjang 2 m yang memiliki diameter inti 4 m, NA 0,16, dan penyerapan ion erbium sebesar 23 dB/m pada 980 nm melalui coupler Wavelength-division multiplexing (WDM) 980/1550 nm. Total panjang rongga adalah 8,7 m. Pengontrol polarisasi (PC) digunakan untuk mengontrol kerugian nonlinier sementara isolator digunakan untuk memaksa operasi satu arah ke dalam rongga laser. Coupler 50:50 digunakan untuk mengekstrak setengah daya dari rongga. Spektrum dan intensitas luaran masing-masing direkam menggunakan optical spectrum analyzer (OSA) dengan resolusi spektral 0,07 nm dan meter-listrik. Karakteristik temporal dan frekuensi laser masing-masing dianalisis dengan menggunakan fotodetektor berkecepatan tinggi dan divisualisasikan dengan osiloskop dan penganalisis spektrum RF.
Laju pulsa dan durasi pulsa terhadap daya masukan telah berhasil direkam. Peningkatan laju pulsa hampir linier dengan daya masukan LD, sedangkan durasi pulsa memiliki hubungan yang berlawanan. Laju pulsa dapat divariasikan dalam kisaran 60,36 kHz hingga 85,91 kHz sedangkan durasi pulsa menurun dari 4,647 s menjadi 1,97 s karena daya input LD meningkat dari 87 mW menjadi 225 mW. Daya luaran rata-rata dari laser Q-switched dapat ditingkatkan dari 5,11 mW menjadi 13,36 mW karena daya masukan LD divariasikan dari 87 mW hingga 225 mW. Daya luaran operasi EDFL Q-switched relatif tinggi. Ini karena kerugian penyisipan yang rendah dan kinerja film PEDOT: PSS SA yang tinggi. Juga sebagian besar energi diekstraksi dari rongga karena penggunaan coupler luaran 3 dB. Energi pulsa dapat divariasikan antara 84,65 nJ dan 155,51 nJ karena daya input dinaikkan dalam kisaran yang sama. Daya puncak tinggi (HPP) sebesar 78,93 mW diperoleh di bawah daya input LD sebesar 225 mW. Kinerja SNR diukur dari spektrum RF terhadap daya pompa juga telah berhasil direkam.
Sebagai penutup, EDFL Q-switched ditunjukkan oleh PEDOT: PSS karena nanomaterial dilapisi spin ke PVA untuk berfungsi sebagai bahan SA. Q-switched EDFL menghasilkan pulsa luaran dengan panjang gelombang tengah 1563,3 nm, bandwidth 3 dB 1,24 nm, kecepatan pengulangan 60,36 kHz hingga 85,91 kHz, durasi pulsa 4,647 s hingga 1,97 s, SNR 65, dan energi pulsa dari 44nJ. Metode fabrikasi ini mencapai ambang kerusakan tinggi hingga 225 mW dan juga mengurangi dampak kerusakan termal. Keunggulan ini menjadikan PEDOT: PSS spin-coated ke PVA sebagai SA serbaguna untuk aplikasi fotonik Q-switched.
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/S1068520021003138
Poly(3,4-ethylenedioxythiophene): Poly(styrenesulfonate) spin-coated onto polyvinyl alcohol film as saturable absorber for generating Q-switched laser at 1.5 µm region., Ahmed Shakir Al-Hiti, M. Yasin, S.W. Harun.
