Serat optik ditemukan pada tahun 1966 oleh George A. Hockam dan Charles Kao berkontribusi pada penemuan amplifier optik dan laser, yang menjadi dasar dari jaringan telekomunikasi global saat ini. Untuk memenuhi permintaan bandwidth yang meningkat, operasi standar panjang gelombang C-band, telah diperpanjang untuk S dan L band. Ada pertumbuhan yang luar biasa dalam minat mengembangkan banyak pengaturan laser termasuk multiwavelength, sumber, dan sensor optik sepanjang dua decade terakhir. Beberapa peneliti baru-baru ini telah memperluas studi mereka dan berfokus pada pengembangan laser pulsa yang bekerja pada panjang gelombang 2,0 m. Ini memiliki berbagai kegunaan dalam teknologi, termasuk spektroskopi optik, aplikasi militer, dan juga dalam deteksi cahaya (LIDAR). Akhir-akhir ini, penekanan panjang gelombang pada 2,0 m diberikan perhatian yang lebih besar karena sifat jendela visibilitas atmosfer di wilayah ini. Selain itu, puncak serapan air yang tinggi pada laser 2,0 m sangat berharga untuk aplikasi medis.
MXene merupakan material 2D yang baru diproduksi dan telah dieksplorasi secara luas untuk digunakan dalam berbagai aplikasi seperti: katalis, biosensor, dan kapasitor elektrokimia karena sifat listrik dan fotonik yang sangat baik. MXene memiliki bahan kimia rumus Mn+1XnTx, dimana M adalah golongan logam transisi (seperti Mo, Nb, Ta, dll.), X adalah nitrogen dan/atau karbon, n adalah nilai 1, 2, 3. T menunjukkan atom terminasi seperti fluor, hidroksil, atau oksigen (T = -F, –OH, -O) sementara × menunjukkan jumlah grup terminal. Kemampuan para peneliti di untuk mengubah tiga dimensi titanium-aluminium karbida, penggambaran khas fase MAX, menjadi struktur dua dimensi dengan sifat yang sangat berbeda pertama kali ditunjukkan pada tahun 2011. Khususnya, Ti3CTx dan Ti3C2Tx menunjukkan kualitas penyerapan jenuh yang baik dari MXenes, dan baru-baru ini telah dieksplorasi secara menyeluruh dan disajikan dengan baik, di mana bahan menunjukkan kinerja yang unggul dibandingkan dengan bahan 2 dimensi (2-D) lainnya. MXenes menjanjikan SAs karena sifat uniknya yang mencakup kapasitansi tinggi, lebar transparansi optik, dan celah pita yang dapat disesuaikan. Namun demikian, meskipun banyak aplikasi potensial dari keluarga MXene ini, informasi tentang nonlinier optik dan aplikasi Ti2CTx (T = O, OH, atau F) adalah masih kurang.
Untuk MAX Phase Ti2AlC dilapisi serat tirus, pulsa ragam-terkunci yang dihasilkan berada pada panjang gelombang tengah 1894,54 nm. Laju pengulangan, SNR, dan lebar pulsa masing-masing 12,40 MHz, 66,08 dB, dan 1,382 ps,. Ketika laser dioda mencapai daya pompa maksimum sebesar 416,90 mW, daya luaran rata-rata maksimum yang diperoleh adalah 2,04 mW. Pada daya pompa ini, energi pulsa adalah 164,52 pJ dan daya puncak adalah 119,04 W. Pengukuran optik nonlinier diukur menggunakan metode detektor kembar seimbang. Dalam eksperimen ini, kedalaman modulasi dan intensitas saturasi dari Ti2C MXene SA-fabrikasi tapered-fiber masing-masing adalah 4,7% dan 0,98 MW/cm2. Sebagai perbandingan, MAX Phase Ti2AlC diperoleh nilai intensitas dan kedalaman modulasi saturasi masing-masing 0,86 MW/cm2 dan 3,27%. Oleh karena itu, penelitian ini berfokus pada potensi Fase Ti2C MXene dan Ti2AlC MAX menjadi bahan SA, di mana Ti2C MXene terbukti menjadi SA yang efisien dengan manfaat pengurangan aluminium dari MAX Phase Ti2AlC. Lebih-lebih lagi, dibandingkan dengan Ti2AlC MAX Phase dan jenis material 2D lainnya di pekerjaan sebelumnya, Ti2C MXene tampaknya menjadi kandidat yang lebih baik untuk pembangkitan pulsa mode-locked berdasarkan panjang gelombang tengahnya yang lebih panjang dengan nilai SNR yang lebih tinggi.
Metode dan Hasil
Dalam riset ini, rongga THDFL disajikan dan dua laser dioda dengan panjang gelombang 1560 nm dihubungkan ke isolator untuk menghindari pantulan balik. Selanjutnya, isolator ini digabungkan ke dua panjang gelombang 1550/2000 nm divisi multiplexer (WDMs) di port 1550 nm. Satu WDM terhubung dalam arah pemompaan maju, dan WDM lainnya dalam konfigurasi pemompaan terbalik karena skema pemompaan dua arah. Serat terdoping thulium-holmium (TH512) sepanjang 1,5 m digunakan sebagai media penguatan dengan koefisien penyerapan 17,5 dB/m pada 1560 nm seperti yang disediakan oleh pabrikan yang disambungkan ke port umum WDM. Untuk memastikan propagasi cahaya searah dalam rongga, digunakan isolator 2000 nm yang kemudian disambungkan ke coupler keluaran 90:10 (OC). Port 90% dari OC dilingkarkan kembali ke rongga di mana pengontrol polarisasi (PC) terhubung untuk memberikan penyesuaian pada keadaan polarisasi rongga. Setelah PC, SA yang dibuat dimasukkan ke dalam rongga THDFL untuk memulai pulsa terkunci ragam. SA kemudian dihubungkan kembali ke port 2000 nm dari WDM1, untuk menyelesaikan pengaturan rongga. Untuk karakterisasi laser pulsa seperti spektrum optik, lebar pulsa, SNR dan daya luaran diukur pada port 10% dari OC. Pengukuran ini dilakukan masing-masing dengan menggunakan penganalisis spektrum optik, autokorelator, spektrum frekuensi radio (RF) dan power meter optik.
Penguatan dimulai dalam ragam gelombang kontinu (CW) pada daya pompa rendah. Ketika keadaan polarisasi intra-rongga disetel dengan baik menggunakan PC, pulsa penguncian ragam dasar diamati pada kekuatan pompa ambang 339,30 mW dan 277,70 mW masing-masing untuk rongga Ti2C MXene dan Ti2AlC MAX. Perlu dicatat bahwa penguncian ragam tidak dapat diperoleh ketika serat tidak dilapisi dengan dimensi dalam rongga. Hasil menggambarkan spektrum optik terukur untuk laser THDF mode-locked, menunjukkan pulsa yang dihasilkan menggunakan serat tirus yang dilapisi dengan Ti2C MXene dan Ti2AlC MAX Phase dengan panjang gelombang tengah 1933,82 nm dan 1894,54 nm. Diamati bahwa panjang gelombang tengah dari mode-locked laser menggunakan Ti2AlC MAX Phase bergeser ke panjang gelombang yang lebih pendek dibandingkan dengan Ti2C MXene. Bisa jadi karena insertion loss yang lebih tinggi oleh Ti2AlC MAX Phase, menyebabkan panjang gelombang penguat bergeser ke arah gain yang lebih tinggi. Panjang gelombang tengah pulsa luaran mode-locked untuk Ti2C MXene dan Ti2AlC MAX Phase dapat disetel menggunakan filter bandpass (TBPF). Spektrum optik mode-locked akan disaring karena bandwidth TBPF yang sempit pada 1 nm. Dari persamaan bandwidth waktu (TBP), TBP = (ΔτΔλ)c/ l2 , di mana Δτ lebar pulsa minimum dalam waktu, Δλ adalah bandwidth pulsa yaitu panjang gelombang puncak dan c adalah kecepatan cahaya. Karena itu, ketika bandwidth dikurangi dengan persamaan TBP menjadi 1 nm, ini akan menghasilkan lebar pulsa yang lebih besar. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mencapai lebar pulsa sesingkat mungkin; oleh karena itu, TBPF tidak dimasukkan dalam percobaan ini.
Sebagai penutup, studi ini menunjukkan pembangkitan laser ultra-cepat menggunakan Ti2C MXene dan Ti2AlC MAX Phase dilapisi serat tirus sebagai SA dalam THDFL. Untuk Ti2C MXene, penguncian ragam soliton diamati pada panjang gelombang tengah dan FWHM masing-masing 1933,82 nm dan 2,57 nm. Tingkat pengulangan pulsa dan lebar pulsa yang dihasilkan adalah 11,56 MHz dan 1.655 ps untuk kasus Ti2C MXene. Sedangkan untuk Ti2AlC MAX Phase, pulsa mode-locked dihasilkan pada 1894,54 nm dengan FWHM 2.75nm. Sejalan dengan itu, lebar pulsa dan tingkat pengulangan dari laser masing-masing adalah 1,382 ps dan 12,40 MHz. Nilai SNR adalah sekitar 70,00 dB untuk Ti2C MXene dan 66,08 dB untuk Ti2AlC MAX Fase, yang menunjukkan kinerja luaran yang stabil, yang selanjutnya divalidasi dengan uji stabilitas 2 jam. Perbandingan dari dua bahan SA terungkap bahwa Ti2C MXene mengungguli Ti2AlC MAX Phase. Selanjutnya, SA yang disarankan dalam penelitian ini memberikan kinerja yang baik untuk kedua bahan, menunjukkan Ti2C MXene dan Ti2AlC MAX Phase menjanjikan sebagai perangkat pengunci ragam.
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/S1068520021002327
The performance of Ti2C MXene and Ti2AlC MAX Phase as saturable absorbers for passively mode-locked fiber laser., H. Ahmad, N.H. Abdul Kahar, R. Ramli , N. Yusoff, S.A. Reduan , M.F. Ismail , K. S. Lim , W.Y. Chong.https://doi.org/10.1016/j.yofte.2021.102683
