Penggunaan short-pulse yang dihasilkan oleh laser serat Q-switched pasif menyajikan tujuan yang luar biasa seperti komunikasi optik, penginderaan jarak jauh, pemotongan material, dan bedah mulut. Selain itu, Q-switching lebih mudah untuk distimulasi dibandingkan dengan mode-locking, yang akan melibatkan keseimbangan yang tepat antara nonlinier dan dispersi dalam rongga laser. Dengan demikian, Q-switching umumnya merupakan metode yang disukai untuk memperoleh pulsa dalam rongga laser. Baru-baru ini, pembangkitan kualitas sinar yang sangat baik dalam rakitan yang bebas penyelarasan dan kompak menyebabkan minat para peneliti untuk mengungkap lebih banyak pengetahuan tentang laser serat Q-switched. Dengan menggunakan teknik pasif, struktur rongga laser akan menjadi kompak, fleksibel, dan hemat biaya.
Saturable absorber (SA) perlu digunakan dalam rongga laser untuk menghasilkan laser serat berdenyut pasif. Oleh karena itu, di masa lalu, graphene sering digunakan sebagai penyerap saturable. Namun, karena tingginya permintaan graphene yang digunakan sebagai saturable absorber, harga graphene akhir-akhir ini meningkat. Meskipun semiconductor saturable absorber mirrors (SESAMs) telah dikomersialkan dan digunakan begitu lama, ia memiliki sisi kelemahannya yaitu memiliki operasi pita sempit dan dirancang untuk panjang gelombang eksplisit. Selain itu, mereka agak besar untuk laser serat dan memiliki fabrikasi yang jauh lebih kompleks. Oleh karena itu, diputuskan untuk menggunakan bahan dua dimensi (2D) sebagai penyerap jenuh dan dalam penelitian ini, bahan organik digunakan sebagai penyerap jenuh karena mudah diperoleh, dan penemuan bahan organik sebagai penyerap jenuh cukup baru dan belum dipelajari secara ekstensif.
Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa jenis penyerap saturable yang ditemukan meliputi bahan nano dimensinol (0-D) yang merupakan titik kuantum, satu dimensi (1D) yang merupakan tabung nano karbon (CNT), bahan 2D seperti graphene, fosfor hitam, logam transisi dichalcogenides (TMD), insulator topologi (TI), dan bahan yang baru ditemukan seperti antimonene, MXene, dan bahan organik yaitu kopi bubuk bekas. Bahan lain seperti oksida logam transisi (TMO), logam dan oksida logam juga telah dilaporkan sebagai SA untuk menghasilkan laser di berbagai operasi panjang gelombang karena memiliki stabilitas kimia yang tinggi. Bahan-bahan tersebut antara lain Holmium oksida (Ho2O3), Nikel oksida (NiO), Seng oksida (ZnO) dan Lutetium oksida (Lu2O3). Dalam paper ini, laser serat Q-switched yang beroperasi di wilayah C-band ditunjukkan dengan menggunakan film Neodymium Oxide (Nd2O3 ) sebagai SA dalam konfigurasi rongga cincin semua serat optik.
Hasil menunjukkan rongga cincin laser semua serat optic dengan integrasi film Nd2O3 sebagai SA pasif dan serat terdoping erbium (EDF) sepanjang 2,4 m sebagai media penguatan. EDF yang digunakan memiliki koefisien serapan 27 dB/m pada panjang gelombang 980 nm dan teras (core) berdiameter 9 µm dengan numerical aperture (NA) 0,16. Panjang gelombang 980 nm dari sumber pompa laser dioda ragam (mode) tunggal dipompa ke EDF melalui multiplexer divisi panjang gelombang 980/1550 (WDM). Isolator digunakan untuk memastikan arah operasi laser satu arah di rongga cincin. Untuk mengamati kinerja laser, bagian 10% dari intensitas laser dikeluarkan dari rongga laser melalui penggandeng luaran (output coupler) 90:10. Total panjang rongga sekitar 7 m. Performa laser direkam oleh fotodetektor kecepatan tinggi (1,2 GHz InGaAs), pengukur daya optik (OMM-6810B), osiloskop digital 100 MHz (DSO-X 2012 A), penganalisa spektrum optik (MS974QA Anritsu) dan spektrum RF 3 GHz penganalisa (PSA-3000).
Hasil juga menggambarkan spektrum RF dengan adanya Nd2O3 SA dimana signal-to-noise ratio (SNR) diperoleh sebesar 64 dB pada frekuensi dasar 77 kHz ketika pompa 980 nm dan pada 120 mW. Pulse train yang stabil diperoleh dengan lebar pulsa 5,3 µs. Hasil menunjukkan spektrum emisi optik ketika disisipkan saturable absorber dan tanpa saturable absorber dengan menggunakan optical spectrum analyzer (OSA). Perbedaan intensitas antara kedua grafik sekitar 2 dBm. Dari grafik tersebut terlihat bahwa spektrum optik emisi yang mengandung SA sedikit menurun dari grafik spektrum optik emisi tanpa SA. Hal ini dapat dibuktikan bahwa terjadi serapan optik linier di dalam SA. Jadi, fenomena absorpsi Nd2O3 hadir dalam wilayah C-band karena cacat kuantum telah mempengaruhi ukuran celah pita dari film SA yang diperoleh.
Konfigurasi rongga cincin semua serat optic berbasis Q-switched EDFL telah berhasil didemonstrasikan berdasarkan film Nd2O3 sebagai SA. Serat optic terdoping erbium sepanjang 2,4 m digunakan sebagai media penguatan untuk menghasilkan laser pada wilayah C-band. EDFL menghasilkan pulsa Q-switching pada daya pompa ambang rendah 60 mW. Daya luaran maksimum, energi pulsa maksimum dan tingkat pengulangan maksimum yang diperoleh masing-masing adalah 3,6 mW, 4,6 nJ dan 77 kHz. Lebar pulsa minimum yang diperoleh adalah 5,3 µs pada daya pompa maksimum 120 mW.
Pengusul: Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/2411/1/012015
DOI 10.1088/1742-6596/2411/1/012015
