Laser serat mode-locked (ragam terkunci) ultrafast telah tekah mendapat perhatian yang besar dari para penelit dunia di bidang fotonika, karena mereka memiliki aplikasi yang luas dalam bidang pengukuran frekuensi optik, metrologi, pemrosesan sinyal dan astronomi. Laser serat yang dikunci dengan ragam pasif dapat menembus melalui peredam jenuh bahan SA buatan dan nyata/real. Bahan SA buatan mencakup rotasi polarisasi nonlinier (NPR) dan cermin loop optik nonlinier (NOLM). Meskipun memiliki keunggulan dalam hal kekompakan dan kesederhanaan, kinerja bahan SA buatan dapat dengan mudah dipengaruhi oleh kondisi lingkungan. Bahan SA nyata adalah salah satu cara terbaik untuk mengembangkan laser serat ragam terkunci, karena SA nyata dapat diproduksi secara sederhana dan dengan biaya rendah serta dapat dengan mudah digabungkan ke dalam rongga laser serat. Selain itu, bahan SA nyata memiliki persistensi lingkungan yang lebih tinggi dibandingkan dengan SA buatan. Beberapa bahan SA nyata telah dipublikasikan laporkan dalam literatur, seperti carbonnanotubes (CNTs), graphene, transisi metal dichalco-genides (TMDs) (seperti MoS2, WS2, MoSe2, dan WSe2), dan isolator topologi (TIs) (seperti Bi2Te3, Bi2Se3, dan Sb2Te3). CNT adalah lingkungan yang stabil dan memiliki ambang kerusakan yang relatif tinggi bersama dengan proses fabrikasi yang mudah dan berbiaya rendah. Namun, kehilangan hamburan-nya perlu dikurangi, dan mereka sering membutuhkan rekayasa celah pita pada panjang gelombang tertentu. Graphene memiliki waktu pemulihan sangat cepat, rentang spektrum operasi yang luas, dan proses fabrikasi sederhana. Namun, graphene memiliki ambang kerusakan rendah dan kedalaman modulasi rendah (0,5% -1,8% per lapisan). Di sisi lain, TMD telah banyak dilaporkan sebagai bahan SA, karena mereka memiliki penyerapan saturable broadband dan dinamika pembawa ultrafast. Namun, TMDs memiliki proses persiapan yang rumit dan ambang kerusakan optik yang rendah.
Kami percaya bahwa kelat logam organik adalah kandidat yang baik untuk digunakan sebagai bahan SA berkinerja tinggi. Bis (8-hydroxyquinoline) zinc (Znq2) saat ini sedang dalam penelitian intensif karena sifat fluoresensi yang sangat baik dan sifat struktural yang menarik. Selain itu, Znq2 stabil secara termal, memiliki mobilitas pembawa dan efisiensi kuantum fluoresensi tinggi, dan dapat dengan mudah dibuat. Selain itu, Znq2 memiliki aplikasi yang menjanjikan sebagai sensor kimia dan perangkat fotonik aktif. Dalam penelitian ini, kita memproduksi laser mode-locked pikosekon dengan menggunakan Znq2 sebagai bahan SA. Bahan SA Znq2 telah terbukti memiliki ambang kerusakan yang relatif tinggi, penyerapan nonlinier/linier yang baik pada panjang gelombang 1560 nm, dan proses fabrikasi yang mudah dan murah. Hal ini membuat bahan SA yang dikembangkan sangat menarik dibandingkan dengan bahan yang disebutkan di atas. Penelitian ini menunjukkan bahwa kelat logam organik memiliki potensi sebagai SA dalam laser serat ultra cepat.
Mode-locking dihasilkan sebagai daya LD secara bertahap meningkat sampai 15 mW. Laser menghasilkan spektrum soliton di panjang gelombang sentral (λ) dan bandwidth 3 dB masing-masing sebesar 1560,6 nm dan 2.0 nm. Operasi mode-locked soliton adalah dikaitkan dengan interaksi modulasi fase-diri dan GVD, yang difasilitasi oleh dispersi rongga anomali. Spektrum optik menyajikan sideband Kelly yang simetris dengan jarak (1d) ke λ sebesar ± 3,65, ± 5,9, dan ± 6,97 nm masing-masing untuk pertama, kedua, dan ketiga. Perhitungan teoritisnya masing-masing adalah 3,7, 5,7, dan 7 nm. Perhitungan ini diperoleh dengan menggunakan relasi antara durasi pulsa (1d), λ, dan dispersi total bersih rongga. Pulsa diproduksi sebagai daya LD dinaikkan dari 15 menjadi 249 mW. Saat daya diturunkan di bawah 15 mW, operasi pulsa menghilang dan hanya bekerja sebagai gelombang kontinu (CW) yang dihasilkan seperti yang diamati pada osiloskop. Demikian pula, pulsa menghilang karena daya dinaikkan di atas 250 mW dan hingga maksimum tersedia 350 mW. Itu dikaitkan dengan pemutihan SA. Ketika daya masukan diturunkan dibawah 250 mW, maka laser memulihkan operasi mode-locked. Kami menyimpulkan itu ambang kerusakan SA di atas 350 mW. Jika SA itu rusak, tidak ada operasi pulsa yang dapat dihasilkan. Rata-rata daya luaran dan energi pulsa masing-masing dinaikkan secara linier dari 0,3 mW dan 0,1 nJ hingga 2,6 mW dan 0,74 nJ. Hasil eksperimen menujukkan rangkaian pulsa selama 10 µs. Lebar pulsa diukur dengan osiloskop sekitar ∼50 ns, yang lebih lebar dari pengukuran jejak dengan menggunakan alat (autokorelasi). Ini karena keterbatasan resolusi osiloskop. pulsa memiliki tingkat pengulangan 3,5 MHz, dan mereka menunjukkan operasi yang stabil di mana tidak ada distorsi atau ketidakstabilan yang teramati. Periode pulsa sebesar ∼288 ns, yang bertepatan dengan pengulangan pulsa dan panjang rongga. Autokorelator digunakan untuk menentukan jejak pulsa secara akurat. Jejak autokorelasi dengan penyesuaian sech2 disajikan dan pulsa memiliki TFWHM 1,46 ps. Produk bandwidth waktu 0,344, yang lebih besar dari nilai transformasi-terbatas 0,315, yang berarti pulsa bersuara. Pulsa terbatas transformasi Fourier yang dihitung lebarnya 1.27 ps. Spektrum luaran RF dalam rentang 11 MHz telah dapat direkam. Laser memiliki rasio signal-to-noise yang sangat baik (SNR) sebesar ∼ 60,6 dB (± 2,1 dB); selain itu, spektrum RF tidak menunjukkan ketidakstabilan Q-switching.
Hasil juga menunjukkan Spektrum RF hingga 250 MHz. Spektrum memiliki rongga yang tinggi harmonik yang menurun relatif terhadap frekuensi dasar, yang mengarah operasi mode-locked yang stabil. Untuk menyelidiki stabilitas jangka panjang dari laser, spektrum optik diambil sampelnya selama 450 menit. Sampel menyajikan kinerja yang sangat stabil di mana spektrum menghasilkan intensitas optik yang hampir sama, panjang gelombang pusat, bandwidth 3 dB, dan sidebands Kelly. Selanjutnya, Spektrum RF direkam selama 450 menit dan menunjukkan frekuensi dasar yang terletak di 3,5 MHz dengan daya ∼32,5 dBm ± 2,1 dB. Laser bertahan pada nilai SNR tinggi dan tidak menunjukkan instabilitas Q-switching. Terakhir, untuk mengonfirmasi bahwa penguncian ragam dikaitkan ke Znq2, kita mengganti bahan SA di rongga dengan PVA murni film pendek. Tidak ada operasi pulsa yang dihasilkan, walaupun kita telah mengubah polarisasi rongga atau intensitas LD. Penelitian ini membuktikan bahwa bahan SA-Znq2 dapat bertindak sebagai mode-locker yang menjanjikan.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://www.osapublishing.org/ao/abstract.cfm?uri=ao-60-11-3149
Sameer Salam, Bilal Nizamani, Salam M. Azooz, G. Fizza, M. Yasin, and S. W. Harun.
Ultrafast soliton mode-locked fiber laser at 1560 nm based on Znq2 as a saturable absorber
