Senyawa fase max adalah nanolaminat polikristalin dari karbida terner dan nitrida. Mereka terdiri dari logam transisi, unsur kimia golongan 13-14, dan karbon atau nitrogen, yang masing-masing mewakili M, A dan X. Fasa max memiliki campuran sifat kimia, listrik, dan mekanik keramik dan logam dalam keadaan yang berbeda. Mereka memiliki konduktivitas listrik dan termal yang luar biasa, ketahanan kejut termal yang baik dan ambang kerusakan yang tinggi karena struktur elektroniknya dan ikatan kimia. Saat ini, berbagai penelitian telah dilaporkan tentang penggunaan fase Max sebagai bahan SA karena sifat optiknya yang sangat baik dan sifat kompatibilitas untuk aplikasi laser. Material fase max memiliki kemampuan switching optik yang cepat, koefisien penyerapan nonlinier yang efektif dan toleransi kerusakan optik yang tinggi serta lebih disukai untuk aplikasi sebagai bahan SA dibandingkan dengan nanomaterial 2D lainnya. Dalam karya ilmiah ini, kromium aluminium karbida (Cr2AlC) dari keluarga fase-Max dipilih sebagai senyawa utama untuk bahan SA, karena sifat mekanik dan kimianya yang sangat baik, seperti peningkatan keuletan dan daya tahan. Cr2AlC teroksidasi hanya pada suhu ekstrim di atas 1300 oC. Senyawa Cr2AlC memiliki karakteristik yang menarik karena mengandung logam dan keramik, yang membuat Cr2AlC memiliki kekerasan dan panas yang tinggi stabilitasnya. Cr2AlC juga memiliki resistivitas listrik yang sangat baik sehingga material dapat menjadi konduktor listrik yang baik pada suhu tinggi. Dalam karya ini, kami telah mendemonstrasikan secara eksperimental pembangkitan laser Q-switched pulsa nanosekon menggunakan SA baru berdasarkan Cr2AlC-PVA. Laser bekerja pada Panjang gelombang pada 1531 nm dan telah mencapai lebar pulsa yang sangat sempit yaitu 780 ns.
Metode dan Hasil
Untuk persiapan SA bubuk Cr2AlC dari Laizhou Kai Kai Ceramic Materials Company Ltd yang memiliki ukuran partikel sekitar 200 mesh dan kemurnian lebih dari 98%. Kami memilih PVA sebagai senyawa inang karena harganya yang murah, kemampuan yang sangat baik untuk membentuk lapisan tipis, elastisitas yang baik, sifat fisik dan kimia yang stabil. Pertama, kami menyiapkan larutan PVA dengan melarutkan bubuk 1 g PVA dalam 40 mL air suling. Dilanjutkan dengan mengaduk larutan pada 500 rpm dengan magnetic stirrer sambil dipanaskan pada suhu 50 C selama sekitar satu jam. 25 mg bubuk Cr2AlC kemudian dicampur ke dalam 10 mL larutan PVA yang telah disiapkan. Kemudian dilakukan ultra-sonikasi larutan campuran selama sekitar 30 menit untuk memungkinkan bubuk Cr2AlC terdistribusi sepenuhnya dalam larutan PVA. Campuran kemudian diaduk pada 800 rpm selama 2 jam pada suhu kamar untuk mendapatkan larutan PVA Cr2AlC yang homogen, yang cocok untuk digunakan dalam pembentukan lapisan SA. Akhirnya, larutan terakhir dituang dan ditaburkan di atas cawan petri dan dibiarkan kering. Film tipis Cr2AlC berhasil dibentuk setelah tujuh hari di suhu kamar.
Setelah memasukkan film Cr2AlC ke dalam rongga, pulsa Q-switched yang stabil muncul pada daya pompa 117 mW. Ini menyatakan bahwa operasi Q-switching dipertahankan dengan peningkatan daya pompa hingga 167 mW. Namun, pulsa itu menghilang saat daya pompa dinaikkan melebihi 167 mW. Dengan peningkatan daya pompa dari 117 mW menjadi 167 mW, lebar pulsa berkurang dari 995 ns menjadi 780 ns, yang terkait dengan efek kompresi penguatan yang diinduksi pompa. Di sisi lain, tingkat pengulangan pulsa dinaikkan hampir secara linier dari 108 kHz menjadi 132 kHz, yang merupakan karakteristik khas dari laser Q-switched. Durasi pulsa yang lebih pendek dapat diharapkan dengan lebih lanjut mengurangi panjang rongga total dan meningkatkan kedalaman modulasi bahan SA.
Dalam spektrum laser CW, panjang gelombang penguatan terjadi pada 1566 nm dengan bandwidth 3 dB sebesar 1,6 nm dan intensitas spektrum 5 dBm. Namun, spektrum operasi Q-switched bergeser ke panjang gelombang yang lebih pendek 1531 nm dengan bandwidth 3 dB 2,8 nm dan intensitas daya 19 dBm. Spektrum bergeser ke panjang gelombang yang lebih pendek karena kerugian yang ditimbulkan dengan menambahkan SA dalam EDFL. Akhirnya, di dalam studi ini dapat divalidasi kemampuan material fase-max untuk berfungsi sebagai bahan SA untuk menghasilkan pulsa Q-switched nanosekon saat beroperasi pada panjang gelombang 1531 nm. Bahan SA yang telah dibuat berhasil menghasilkan pulsa pendek berdurasi 780 ns dengan tingkat pengulangan 132 kHz ketika daya laser dioda pemompa disetel pada 167 mW. Energi pulsa maksimum dan daya luaran yang terekam masing-masing 9 nJ dan 1.134 mW. Penyerapan linier Cr2AlC SA adalah 9 dB dan penyerapan jenuhnya adalah 2%, sehingga Cr2AlC SA sangat cocok untuk aplikasi laser pulsa pada orde nanosekon.
Penulis: Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di: file:///C:/Users/Dekan%20FST/Downloads/1-s2.0-S0030402621018714-main.pdf
M.M. Najm, B. Nizamani, P. Zhang, H. Arof, A.S. Al-Hiti, A.H.A. Rosol, M. C. Paul, M. Yasin, S.W. Harun, Chromium aluminum carbide as Q-switcher for the near-infrared erbium-doped fiber laser https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2021.168362
