Mode-locked fiber laser (MLFL) merupakan sumber pulsa optik ultracepat yang banyak dimanfaatkan dalam bidang optika nonlinier, pemrosesan material, komunikasi, dan sensor. Biasanya, pembuatan pulsa ultracepat ini menggunakan saturable absorber (SA) berbasis material seperti SESAM, karbon nanotube, bahan 2D, atau black phosphorus. Namun, bahan-bahan tersebut memiliki keterbatasan seperti biaya tinggi, batas kerusakan rendah, serta proses fabrikasi yang rumit.
Untuk mengatasi hal tersebut, digunakan artificial SA, salah satunya berbasis struktur single-mode–multimode–single-mode (SMS) yang bekerja melalui efek nonlinear multimode interference (MMI). Struktur ini memiliki keunggulan berupa biaya rendah, mudah dibuat, tahan terhadap daya tinggi, dan dapat dioperasikan pada berbagai panjang gelombang. Dalam kondisi tertentu, keseimbangan antara dispersi, nonlinieritas, dan gain dalam MLFL dapat menghasilkan soliton optik, yakni pulsa yang bentuknya stabil. Ketika beberapa soliton saling berinteraksi, dapat terbentuk bound solitons — baik yang terikat erat (tightly bound/soliton molecule) maupun longgar (loosely bound).
Penelitian ini menyoroti penggunaan struktur SMF–GIMF–SMF sebagai artificial SA untuk menghasilkan berbagai jenis soliton dalam laser serat yang didoping erbium. Studi ini menjadi yang pertama melaporkan pengamatan simultan antara tightly dan loosely bound solitons dengan struktur SA yang sangat sederhana dan memiliki ambang daya pompa mode-locking yang rendah.
Metode dan Hasil
Pada bagian metode, penelitian ini menggunakan struktur single-mode fiber–graded-index multimode fiber–single-mode fiber (SMF–GIMF–SMF) sebagai artificial saturable absorber (SA) untuk menghasilkan pulsa soliton pada laser serat yang didoping erbium (EDFL). Struktur ini dibuat dengan menyambung serat GIMF sepanjang 45 mm di antara dua serat SMF menggunakan fusion splicer. Karakteristik nonlinier dari struktur ini diuji menggunakan sistem detektor ganda untuk memperoleh nilai kedalaman modulasi (modulation depth) sebesar 4,6% dan intensitas jenuhnya 19,33 MW/cm². Sistem laser dirancang dalam bentuk ring cavity dengan panjang total sekitar 9,35 m, menggunakan dioda laser 974 nm sebagai sumber pompa, dan pengendali polarisasi (PC) untuk menyesuaikan kondisi mode-locking.
Pada bagian hasil, struktur SA berbasis SMF–GIMF–SMF berhasil menghasilkan dua jenis pulsa utama, yaitu konvensional soliton dan bound-state soliton. Soliton konvensional memiliki panjang gelombang pusat 1573 nm, lebar pulsa 650 fs, frekuensi pengulangan 21,98 MHz, dan rasio sinyal terhadap derau (SNR) sebesar 68 dB dengan daya ambang hanya 29 mW. Ketika daya pompa ditingkatkan menjadi sekitar 54 mW, muncul tightly dan loosely bound solitons dengan panjang gelombang sekitar 1570 nm dan lebar pulsa 740 fs. Kedua jenis soliton ini menunjukkan jarak waktu antar pulsa masing-masing 1,8 ps (tightly bound) dan 12,8 ps (loosely bound). Pada daya yang lebih tinggi, ditemukan pula loosely bound solitons dengan jarak tetap 20,4 ps tetapi dengan rasio intensitas yang bervariasi. Hasil ini menunjukkan bahwa struktur SMF–GIMF–SMF efektif menghasilkan berbagai dinamika soliton dengan stabilitas tinggi dan ambang daya rendah.
Penulis : Prof. Dr. Retna Apsari, M.Si
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
Yu Chen, Kaharudin Dimyati, Retna Apsari, Irfan Anjum Badrudin, Sarfaraz Kamangar, Sulaiman Wadi Harun. Conventional and bound-state soliton mode-locked by an artificial absorber based on SMF-GIMF-SMF structure
