Laser serat Q-switched telah menarik banyak perhatian di beberapa tahun terakhir untuk berbagai aplikasi termasuk metrologi, pemrosesan bahan, biokimia, dan komunikasi optik. Hal ini dikaitkan dengan kemampuan mereka untuk menghasilkan kualitas balok dalam struktur yang bebas pelurusan dan kompak. Pendekatan aktif dan pasif adalah dua metode penting untuk mencapai Q-switching untuk menghasilkan pulsa pendek, yang aktif teknologinya kompleks dan membutuhkan perangkat laser massal eksternal seperti modulator elektro-optik untuk digunakan dalam laser rongga. Di sisi lain, teknik pasif membutuhkan penyerap jenuh (SA) dan lebih menarik karena keuntungan dari kesederhanaan, kekompakan, dan implementasi fleksibilitas. SA berfungsi untuk memodulasi faktor-Q dari a rongga laser untuk menghasilkan pulsa Q-switched. Mereka murah, kompak, fleksibel, dan mudah dibuat dan digunakan. SA adalah sebagian besar terbuat dari unsur dan senyawa karbon dan kelompok boron. Mereka termasuk nanomaterial seperti graphene, karbon nanotube (CNT), fosfor hitam (BP), dan dichalcogenides logam transisi (TMD). SA berbasis graphene menawarkan spektrum penyerapan yang tinggi tetapi memiliki kedalaman modulasi dan ambang kerusakan yang rendah. SA berbasis CNT dapat dibuat dengan mudah dan murah, tetapi memiliki kekurangan broadband spektral yang sangat dipengaruhi oleh diameter nanotube. SA berbasis BP biasanya memiliki rentang spektrum pita lebar yang lebar tetapi penyerapan nonlinier yang rendah, ambang optik dan proses fabrikasi yang kompleks. SAs berdasarkan bahan TMD seperti WS2, SnS2, dan MoSe2 telah terbukti memiliki sifat penyerapan yang baik. Namun, mereka dipengaruhi oleh kerusakan optik yang rendah ambang batas dan fabrikasi yang rumit.
Baru-baru ini, karbida/nitrida logam terner yang disebut MXene juga diminati sebagai anggota baru untuk kelas bahan 2D. Ia memiliki rumus umum Mn + 1XnTx, di mana M adalah logam transisi, X adalah karbon atau nitrogen dengan n = 1, 2, 3, …, dan T adalah grup face-termination seperti oxygen atau fluorine. MXene dapat diproduksi dengan mengetsa lapisan MAX secara selektif. MXene sebelumnya telah digunakan dalam berbagai aplikasi fotonik karena keunggulan sifat optik, termal dan sifat fisis. Ia memiliki banyak keunggulan seperti ukuran celah pita kecil, konduktivitas logam dan sifat hidrofilik permukaannya. Mxene juga memiliki karakteristik penyerapan jenuh yang sangat baik, yang sesuai untuk dioda fotonik. Dilaporkan juga bahwa MXene juga menunjukkan struktur celah pita-nol, yang berpotensi digunakan untuk perangkat optik broadband. Dalam paper ini, kami secara eksperimental telah mendemonstrasikan pembangkitan laser pulsa Q-switched menggunakan bahan MXene sebagai SA. Titanium karbida (Ti3C2Tx) dipilih sebagai senyawa utama karena sifat elektronik/optiknya yang seperti graphene tetapi sangat dapat disetel dan dapat disesuaikan.
Metode dan Hasil:
Bahan MXene dibuat dari carbides terner berlapis dan/atau nitrida (fase MAX). titanium karbida Fase Ti3AlC2 MAX yang digunakan diperoleh dari Shanghai Winfay Industry Ltd. Kami melakukan etsa selektif Ti3C2Tx MAX fase dengan asam fluorida 50% (berat) untuk membuat MXene Ti3C2Tx. Metode berlangsung pada suhu kamar selama 6 jam. Kemudian, kami memperoleh sampel Ti3C2Tx melalui vakum filtrasi dibantu oleh membran filter polivinil difluorida. Dia dikeringkan dengan oven vakum pada suhu 80 C selama 24 jam untuk pembentukan
tanah liat. Serbuk dikumpulkan dan dimasukkan ke dalam gelas kimia yang bersih. Selanjutnya 20 mg serbuk Ti3C2Tx MXene dicampur dengan 10 mg bubuk polivinil alkohol (PVA) dan 40 ml sulingan air. Campuran kemudian diaduk pada suhu kamar selama 24 jam. Kami menggunakan rendaman ultrasonik selama 2 jam untuk memisahkan penggumpalan partikel Ti3C2Tx secara kavitasi. Akibatnya, sekitar 5 ml larutan Ti3C2Tx ditempatkan di dalam cawan petri bersih dan dibiarkan selama 48 jam hingga kering. Akhirnya, Ti3C2Tx dried kering Film MXene dikupas dan dipotong kecil-kecil.
Dalam penelitian ini, ambang batas awal daya masukan laser diode ke gelombang kontinu (CW) adalah 10 mW. Saat ditambah daya pompa masukan, rangkaian pulsa EDFL Q-switched pasif yang stabil adalah terlihat di ambang batas daya 29,8 mW. Proses Q-switching dipertahankan dalam konfigurasi rongga sebagai daya pompa ditingkatkan hingga 66,3 mW. Seiring daya LD masukan bertambah melebihi 66,3 mW, maka Q-switching pulsa menjadi tidak stabil dan menghilang, luaran laser berubah menjadi operasi CW. Sebaliknya, tidak ada rangkaian pulsa yang diamati pada penghapusan SA dari konfigurasi rongga, yang menegaskan bahwa Film Ti3C2Tx MXene diperlukan untuk memulai operasi Q-switching.
Hasil eksperimen menunjukkan karakteristik pulsa khas dari EDFL Q-switched yang telah diproduksi melalui Ti3C2Tx MXene film sebagai SA pada daya masukan LD sebesar 66,3 mW.. Kereta pulsa menunjukkan intensitas puncak yang seragam tanpa distorsi atau inkonsistensi yang menunjukkan tingginya stabilitas operasi Q-switching. Amplop dual-pulsa dari laser Q-switched dengan lebar pulsa 3,11 µs dan interval pulsa 15,25 µs, yang sesuai dengan frekuensi pengulangan 65,59 kHz. Spektrum luaran tipikal diperoleh melalui film SA yang diukur melalui OSA dengan resolusi 0,2 nm. EDFL Q-switched dioperasikan pada 1561 nm dengan bandwidth spektral 3 dB 2,6 nm pada daya masukan laser pompa 66,3 mW. Spektrum frekuensi radio (RF) juga diperoleh pada daya pompa input sebesar 66,3 mW untuk membuktikan stabilitas sistem Q-switched. Q-switched laser memiliki rasio signal-to-noise (SNR) hingga 57 dB dengan puncak RF fundamental pada 65,59 kHz.
Sebagai penutup, studi ini menunjukkan penggunaan senyawa MXene sebagai SA dalam rongga EDFL untuk menghasilkan pulsa Q-switched. SA adalah dibuat dengan menanamkan bubuk Ti3C2Tx yang diperoleh melalui proses etsa selektif menjadi film PVA. Hasilnya menunjukkan bahwa SA berhasil menghasilkan pulsa laser Q-switched dengan a lebar pulsa 3,11 µs dan laju pengulangan 65,59 kHz pada masukan daya pompa sebesar 66,3 mW. Pada daya pompa yang sama, energi pulsa adalah 125 nJ dan daya keluaran maksimum adalah 8,17 mW. Hasilnya memverifikasi kelayakan dan kesederhanaan dari Ti3C2Tx sebagai SA untuk menghasilkan rangkaian pulsa Q-switched yang stabil.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/mop.32952
M. A. A. B. Sahib,| N. F. Zulkipli, Ahmad Haziq Aiman Rosol, Moh Yasin, Sulaiman Wadi Harun, Titanium carbide MXene for generating Q-switched pulses in erbium-doped fiber laser cavity. https://doi.org/10.1002/mop.32952
