Berbagai SA telah diteliti untuk menghasilkan laser Q-switched. SWCNTs, CNTs, dan graphene adalah salah satu bahan SA yang banyak digunakan karena kemampuannya untuk memulai laser pulsa. CNT dan graphene adalah bahan SA yang ideal dengan intensitas jenuh yang rendah, biaya rendah, dan bandwidth operasional yang luas. Graphene mampu menyerap foton pada daerah sinar tampak hingga inframerah. Di sisi lain, graphene juga memiliki sifat optik dan elektronik yang luar biasa seperti mobilitas pembawa muatan ultra-tinggi, nonlinier broadband tinggi dan luas permukaan spesifik yang tinggi. Bahan penyerap graphene kompatibel dengan spektrum elektromagnetik yang luas karena sifat penyerapannya yang nonselektif. Dalam beberapa tahun terakhir, Graphene SA menunjukkan karakteristik menarik yang menghasilkan operasi laser Q-switched. Ini menunjukkan peran vitalnya dalam aplikasi perangkat optik. Laser pulsa dapat dicapai melalui operasi Q-switched dan mode-locked. Q-switched memulai pulsa dengan durasi pulsa dalam mikrosekon hingga nanosekon. Pengoperasian laser Q-switched lebih murah, tidak rumit, dan efisien dibandingkan dengan mode-locked. Q-switched pasif dengan saturable absorber lebih andal dan kompak, ukurannya lebih kecil, kemudahan integrasi, metode fabrikasi sederhana, dan modulasi faktor-Q yang tidak rumit tanpa modulator elektro-optik. Dengan film graphene berdimensi kecil, riset ini menghasilkan Q-switched yang stabil dan efisien dari rongga laser serat yang didoping erbium. Laser pulsa penting untuk aplikasi biomedis, sensor, operasi mata korektif, dan lain lain. Laser ultracepat adalah teknik yang andal untuk pemrosesan material tingkat lanjut, ablasi laser, dan teknologi pemotongan baja.
Hasilnya menunjukkan rongga erbium-doped fiber laser (EDFL) untuk pembangkitan Q-switched pasif dengan graphene oxide sebagai SA. Susunan rongga laser sederhana dengan kombinasi berbagai komponen optik yang menginduksi laser berdenyut. Serat yang didoping erbium (EDF) memiliki aperture numerik (NA) sebesar 0,23, koefisien penyerapan dari 23 hingga 17 dBm, panjang gelombang 980 nm, diameter inti 5,8 m, dan diameter serat 125 m. Dioda laser dipompa melalui port 980 nm dari 980/1550 nm wave-division multiplexer (WDM). Sebuah coupler optik digunakan untuk memblokir sinar laser dari perjalanan dalam arah dua arah sehingga melindungi dioda laser dari rusak. Kemudian, sinyal melewati SA untuk modulasi faktor-Q yang mengontrol kerugian di dalam rongga. Selanjutnya, sinyal diarahkan ke coupler optik 3 dB dengan rasio pembagian 10:90. 10% dari sinyal dikirim ke alat ukur untuk tujuan pengukuran sedangkan sisanya dari sinyal perjalanan kembali ke port 1550 nm dari WDM. Kebisingan dan nilai frekuensi diukur dengan penganalisis sinyal frekuensi radio (RFSA) sedangkan karakteristik temporal diamati melalui osiloskop digital dengan fotodetektor (PD). Spektrum optik dari laser Q-switched ditangkap dengan Optical Spectrum Analyzer (OSA). Pengukuran daya keluaran direkam dengan Optical Power Meter (OPM). Eksperimen menunjukkan tidak ada pembangkitan Q-switching pada daya pompa di bawah 26,32 mW. Dengan menyesuaikan intensitas laser menjadi 26,32 mW, laser Q-switched yang stabil diamati (Gambar 2). Kenaikan daya pompa dari nilai threshold menjadi 71,65 mW menghasilkan pulsa laser dengan peningkatan tingkat pengulangan. Ini menunjukkan perilaku laser Q-switched yang khas.
Gambar 3 menggambarkan laser Q-switched pada daya pompa 26.321 mW, yang menunjukkan bentuk gelombang Q-switched yang khas. Pulsa Q-switched memiliki interval pulsa 30,1 s, laju pengulangan 30,58 kHz, dan lebar pulsa 11,2 s. Jejak osiloskop menunjukkan pulsa Q-switched yang stabil tanpa modulasi amplitudo. Setelah menghilangkan graphene film tipis dari rongga laser, tidak ada pulsa yang diamati dalam berbagai daya pompa (0 hingga 100 mW). Ini membuktikan bahwa generasi Q-switched semata-mata karena penerapan graphene sebagai SA di dalam rongga laser.
Hasil penelitian juga menggambarkan hubungan antara daya pompa dan laju pengulangan pada variasi daya pompa dari 26.321 mW sampai dengan 71.652 mW. Tingkat pengulangan meningkat dari 30,58 menjadi 51,81 kHz. Peningkatan tingkat pengulangan berhubungan dengan saturasi SA saat intensitas pompa meningkat. Di sisi lain, lebar pulsa berkurang dengan meningkatnya intensitas pompa. Hal ini disebabkan peningkatan jumlah foton di dalam rongga laser yang menyebabkan saturasi SA [4]. Durasi pulsa minimum adalah 4,733 s.
Hasil tersebut menggambarkan hubungan antara daya keluaran rata-rata dan energi pulsa dengan daya pompa. Seperti yang diamati pada grafik, daya keluaran rata-rata dan energi pulsa meningkat dengan naiknya daya pompa. Daya keluaran meningkat secara linier dari 0,021 menjadi 0,128 mW pada daya pompa sebesar 26.321 – 71.652 mW. Energi pulsa maksimum adalah 2,47056 nJ pada daya pompa maksimum 71,652 mW. Peningkatan daya pompa membuat daya keluaran rata-rata dan energi pulsa meningkat sedangkan lebar pulsa berkurang.
Hasil penelitian menunjukkan spektrum RF dengan signal to noise ratio (SNR) sebesar 52 dB dan frekuensi dasar sebesar 40,159 kHz. SNR yang tinggi menunjukkan generasi laser Q-switched yang stabil, yang sebanding dengan laser Q-switched lainnya seperti laser serat berbasis CNT dan graphene.
Penerapan Graphene oxide sebagai SA telah berhasil menghasilkan laser berdenyut yang stabil. Perangkat SA yang tergabung dalam EDFL menghasilkan Q-switched pada daya pompa dari 26,32 mW hingga 71,65 mW. EDFL Q-switched pasif beroperasi pada panjang gelombang 1558,8 nm. Dengan menyesuaikan daya pompa, tingkat pengulangan meningkat dari 30,58 kHz menjadi 51,81 kHz dan lebar pulsa berkurang dari 11,2 menjadi 4,733µs. Energi pulsa maksimum yang ditangkap adalah 2,47 nJ pada daya pompa 71,65 mW. Karya ini menunjukkan kemampuan graphene oxide untuk menghasilkan pulsa laser di rongga EDFL.
Penulis: Prof. Dr. Moh. Yasin, Drs., M.Si.
Link Jurnal: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1869/1/012158/meta
