Laser serat telah diterapkan secara luas di berbagai bidang seperti pencitraan biomedis, pemrosesan material, dan komunikasi optik karena keunggulan kualitas sinar yang baik, pulsa pendek, dan daya puncak tinggi. Laser terkunci mode pasif adalah teknologi paling umum yang telah digunakan untuk menghasilkan emisi pulsa pendek dalam laser serat berdasarkan saturable absorber (SAs), karena karakteristiknya yang unik seperti kemudahan penggunaan dan murahnya. Baru-baru ini tahun, SA telah memainkan peran penting dalam pengembangan laser berdenyut. Semikonduktor cermin penyerap saturable (SESAM) telah digunakan sebagai SA untuk menghasilkan laser pulsa di laser rongga. SESAM telah menunjukkan kemajuan besar untuk menghasilkan pulsa ultrashort karena ketepatannya kontrol panjang gelombang serapan. Namun, popularitas SESAM telah berkurang sebagai akibat dari bandwidth operasi terbatas.
Baru-baru ini, beberapa kemampuan bahan fase MAX dilaporkan dalam aplikasi laser serat, seperti koefisien penyerapan nonlinier efektif yang besar, kemampuan Q-switching optik yang cepat, toleransi kerusakan optik yang tinggi, dan ambang kerusakan yang sangat baik, menjadikannya SA yang lebih disukai dibandingkan dengan bahan berbasis 2D lainnya. Secara umum, bahan fase MAX adalah: karbida heksagonal dan nitrida. Ini terdiri dari satu elemen dari logam transisi awal (yaitu, yang mewakili M) dan unsur golongan A (yaitu, unsur kimia golongan), dengan X yang mewakili karbon atau nitrogen untuk membentuk material fase MAX.52 Selain itu, telah kombinasi yang sangat baik dari sifat kimia, fisik, listrik, dan mekanik.
Metode dan Hasil:
Pada bagian ini, kami menyajikan proses preparasi Cr2AlC film SA untuk menghasilkan mode-locked laser pulsa di wilayah panjang gelombang 1,5 µm. Polivinil alkohol (PVA) telah digunakan sebagai polimer inang karena mempunyai banyak keunggulan seperti ketahanan kimia, fleksibilitas tinggi, dan karakteristik fisik yang baik. Nanopowder Cr2AlC diperoleh dari Bahan Keramik Laizhou Kai Kai Company Ltd., yang memiliki kemurnian di atas 98% dengan ukuran partikel 200 nm. Awalnya, larutan PVA dibuat dengan menambahkan 1 g serbuk PVA ke dalam 100 ml air suling (DI), yang diaduk menggunakan pengaduk magnet selama 1 jam pada 500 rpm. Kemudian, 50 mg serbuk Cr2AlC ditambahkan ke dalam 8 ml larutan PVA akhir selama 2 jam pengadukan pada 800 rpm di bawah suhu kamar normal untuk mendapatkan larutan campuran. Akhirnya, campuran itu dituangkan ke dalam cawan Petri dan ditempatkan di bawah ruangan biasa suhu kering selama 7 hari. Sepotong kecil film tipis Cr2AlC dipotong dan ditempatkan di antara dua FC/PC untuk menghasilkan pulsa mode-locked pada daerah 1,5-μm.
Dalam penelitian ini, kedua rongga (dengan panjang 103 dan 203 m) menghasilkan laser gelombang kontinu pada daya pompa ambang 10 mW dan menghasilkan pulsa mode-locked saat daya pompa dinaikkan dalam kisaran 121,69 hingga 167 mW. Hasil menunjukkan periode pulsa 535 dan 999 ns, yang dapat diterjemahkan ke tingkat pengulangan 1,88 dan 1 MHz pada panjang rongga masing-masing 103 dan 203 m. Mereka menunjukkan spektrum penguat berpusat pada 1558 dan 1559 nm dengan bandwidth 3-dB 2,4 dan 0,8 nm. Kedua spektrum menunjukkan Kelly-sidebands, yang menunjukkan laser dioperasikan dalam daerah soliton. Namun, Kelly-sidebands kurang menonjol di rongga 203 m karena nonlinier berlebihan yang disebabkan oleh panjang rongga yang panjang dan daya pompa yang tinggi . Sedangkan spektrum panjang gelombang non-SA berpusat pada 1561 nm dengan bandwidth 3-dB 1,2 nm. Panjang gelombang operasi laser dapat ditala dengan memasukkan filter yang dapat ditala di dalam rongga. Namun, filter juga dapat menghancurkan pulsa soliton jika bandwidth spektral lebih lebar dari bandwidth filter. Dalam percobaan ini, panjang gelombang digeser ketika panjang rongga diubah (203 menjadi 103 m), karena variasi kehilangan rongga dan karakteristik dispersi. Awalnya, osiloskop menunjukkan durasi pulsa 179 dan 345 ns untuk dua operasi EDFL mode-locked. Durasi pulsa ini tidak aktual karena keterbatasan resolusi osiloskop sehingga autokorelator (Alnair Labs Hac-200) digunakan untuk mengukur lebar penuh pada setengah maksimum (FWHM) dengan akurasi tinggi untuk dua operasi EDFL terkunci ragam. FWHM dari dua operasi mode-locked adalah sekitar 2,5 dan 4,45 ps dengan panjang rongga 103 dan 203 m. Juga, waktu-bandwidth (TBP) diperkirakan 0,741 dan 0,439 untuk panjang rongga 103- dan 203-m, yang lebih tinggi dari prediksi terbatas transformasi 0,315. Hal ini menandakan pulsa yang dihasilkan sedikit tidak periodik.
Sebagai penutup, untuk pertama kalinya, Cr2AlC digunakan sebagai SA di wilayah panjang gelombang 1,5 m untuk mendemonstrasikan EDFL terkunci mode soliton. Selain itu, Cr2AlC memiliki kelebihan yang sebanding dengan sifat graphene dan TMD seperti sifat fisik dan optik, dan mereka juga memiliki kesederhanaan dalam pembuatannya. Dalam panjang rongga 203, pulsa luaran memiliki tingkat pengulangan 1 MHz dengan panjang gelombang pusat 1559 nm dan bandwidth 3-dB 0,8 nm. Juga, FWHM dan energi pulsa diperoleh pada 4,45 ps dan 0,91 nJ. Kemudian panjang rongga dikurangi menjadi 103 m dan menghasilkan tingkat pengulangan 1,88 MHz dan FWHM 2,5 ps. Energi pulsa maksimum dan durasi pulsa tersempit diperoleh sebesar 1,60 nJ dan 2,5 ps sesuai dengan parameter panjang rongga 103 m yang digunakan dalam riset ini. Kami percaya bahwa pengoptimalan parameter rongga dapat meningkatkan energi pulsa dan membuat durasi pulsa lebih pendek. Sedangkan penyerapan nonlinier film tipis Cr2AlC mencatat kedalaman modulasi 3,2%, dengan penyerapan tak jenuh 28,4% dan intensitas jenuh 40 MW∕cm2.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
Mustafa M. Najm, Ahmed S. S. Al-Hiti, Bilal Nizamani, Pei Zhang, Hamzah Arof, Ahmad Haziq Aiman Rosol, Moh Yasin, Sulaiman W. Harun., Ultrafast laser soliton mode-locked at 1.5 μm region based on Cr2AlC MAX phase as a saturable absorber https://doi.org/10.1117/1.OE.60.6.066116
