Lebih dari satu dekade, generasi pulsa soliton ultrashort dalam laser serat telah menarik perhatian penelitian yang luar biasa karena karakteristiknya yang luar biasa termasuk kualitas balok tinggi, desain hemat biaya, bebas pelurusan dan struktur kompak. Selain itu, mereka memiliki banyak aplikasi potensial di area yang luas seperti pemrosesan material, penginderaan jauh, kedokteran, telekomunikasi, dll. Mekanisme penguncian mode biasanya digunakan untuk mengunci fase laser berosilasi dan merealisasikan laser ultrashort. Itu dapat dihasilkan oleh prosedur aktif atau pasif. Prosedur aktif memerlukan elektronik yang kompleks dan cukup besar seperti modulator akustik-optik atau elektro-optik untuk memicu pembangkitan pulsa. Teknik pasif memerlukan penggabungan bahan saturable absorber (SA) dalam rongga laser serat untuk memulai operasi mode terkunci dan menguntungkan dalam hal kekompakan, pemrosesan mudah, harga, dan fleksibilitas. Oleh karena itu, dalam beberapa tahun terakhir, banyak penelitian telah dikhususkan untuk mengembangkan bahan SA baru.
Baru-baru ini, material fase MAX juga dilaporkan memiliki karakteristik yang menguntungkan termasuk peralihan optik cepat, penyerapan nonlinier yang baik, dan ambang kerusakan yang tinggi. Oleh karena itu, mereka lebih disukai dibandingkan dengan bahan berbasis 2D lainnya untuk digunakan sebagai SA dalam aplikasi laser serat. Bahan umumnya adalah karbida dan nitrida heksagonal, yang terbuat dari satu unsur logam transisi awal (yang menunjukkan M) dan unsur golongan A (yaitu, unsur kimia golongan, sedangkan X adalah karbon atau nitrogen. Fase MAX material saat ini semakin mendapat perhatian karena sifatnya yang sangat baik, yang menggabungkan sifat material keramik dan logam. Mereka memiliki kekuatan lentur tinggi, ketahanan oksidasi, kekuatan tekan tinggi, konduktivitas logam yang baik, dan konduktivitas termal yang tinggi. Sebelumnya, Lee et al. melaporkan penggunaan titanium aluminium karbida / titanium aluminum carbide (Ti2AlC), bahan fase MAX sebagai SA untuk menghasilkan pulsa Q-switched dalam rongga laser serat / Erbium-doped fibre laser (EDFL) yang didoping Erbium. Di sisi lain, Vanadium aluminum carbide (V2AlC) adalah bahan karbida terner laminasi nano yang juga terkait dengan keluarga fase MAX. Saat ini telah menarik perhatian penelitian yang luar biasa karena karakteristiknya yang sangat baik termasuk ketahanan yang sangat baik terhadap suhu tinggi dan terdiri dari oksidasi yang baik. Di sini, kami mengusulkan penggunaan bahan V2AlC sebagai SA untuk mendemonstrasikan EDFL terkunci mode soliton. Film V2AlC dibuat dengan menggabungkan V2AlC dengan polyvinyl alcohol (PVA) berdasarkan pendekatan pengecoran. Perangkat SA dibangun dari film berdasarkan platform serat-ferrule berstruktur sandwich sebelum diintegrasikan ke dalam rongga EDFL sebagai pengunci mode.
Untuk menyelidiki kinerja film tipis V2AlC-PVA sebagai pengunci mode, rongga cincin EDFL dibangun berdasarkan struktur semua serat. Elemen utamanya adalah film V2AlC, yang ditempatkan di antara dua fiber ferrules di dalam rongga. Ini berfungsi untuk secara otomatis memodulasi kerugian intra-rongga, dan dengan demikian memulai penguncian fase dalam rongga untuk penguncian mode. Erbium-doped fiber (EDF) sepanjang 2.4 m digunakan sebagai bahan laser aktif. Ini memiliki apertur numeric / Numerical Aperture (NA) 0.23 pada panjang gelombang pemompaan 980 nm dengan diameter inti/kelongsong 4 µm/125 µm. EDF dihubungkan ke sumber pompa laser dioda 980 nm melalui wavelength-division multiplexer (WDM) 980/1550 nm. Isolator optik dihubungkan di ujung lain EDF untuk mempertahankan propagasi searah dari laser yang berosilasi di rongga laser cincin.
Hasilnya menunjukkan karakteristik pulsa laser sebagai fungsi daya pompa. Ketergantungan daya keluaran rata-rata dan energi pulsa tunggal pada daya pompa. Seperti yang ditunjukkan pada gambar, daya output dan energi pulsa hampir berhubungan secara linear dengan daya pompa. Saat daya pompa meningkat dari 77 mW menjadi 228 mW, daya output rata-rata dari pulsa laser mode terkunci juga meningkat dari 4.2 mW menjadi 14.81 mW dengan efisiensi kemiringan 7.1%. Energi pulsa maksimum adalah 15.28 nJ di bawah daya pompa 228 mW. Hasil menunjukkan hubungan antara daya output puncak dan daya pompa. Saat daya pompa meningkat, daya puncak pulsa mode terkunci meningkat hampir secara linier. Daya puncak maksimum diukur menjadi 3.4 kW pada daya pompa 228 mW. Seperti yang terlihat, performa V2AlC SA dapat dibandingkan dengan SA lainnya. Pulsa soliton dengan peningkatan kinerja temporal diharapkan dapat dicapai dengan membuat rongga laser lebih pendek. Parameter keluaran laser juga dapat ditingkatkan dengan mengurangi hilangnya perangkat SA yang tidak dapat dijenuhkan.
Kami telah berhasil menunjukkan generasi pulsa soliton menggunakan film tipis V2AlC sebagai SA. Film tipis V2AlC PVA menunjukkan saturable absorption 27% dan dengan demikian mampu mencapai pulsa picosecond saat berintegrasi dengan rongga cincin EDFL dengan panjang 206 m. Mode yang diusulkan mengunci EDFL beroperasi pada frekuensi pengulangan 969 kHz dengan lebar pulsa 3.96 ps karena daya pompa disesuaikan dalam 77–228 mW. Laser mencapai energi pulsa maksimum 15.28 nJ dan daya puncak maksimum 3.4 kW. Hasil ini mengungkapkan bahwa bahan V2AlC dapat menghasilkan pulsa mode terkunci soliton dan karenanya memiliki potensi besar untuk digunakan dalam aplikasi fotonik lainnya.
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/S0030402623001572
