Pendahuluan artikel ini menyoroti perkembangan pesat laser serat (fiber laser) yang banyak digunakan karena desainnya yang ringkas, stabil, serta mudah dioperasikan. Salah satu mode operasi yang paling penting adalah mode-locking, yang memungkinkan pembangkitan pulsa ultracepat dan banyak dimanfaatkan dalam bidang medis, sensor, pemrosesan material, dan optik nonlinear. Mode-locking dapat dicapai secara aktif maupun pasif, dengan metode pasif lebih disukai karena konfigurasinya sederhana dan stabil. Pada teknik pasif, saturable absorber (SA) berperan sebagai pemicu pembentukan pulsa secara otomatis.
Berbagai material telah diteliti sebagai SA, mulai dari graphene, material dua dimensi (TMD), MAX phases, hingga nanostruktur logam mulia. Selain itu, material organik juga mulai banyak dieksplorasi karena memiliki keunggulan berupa waktu pemulihan cepat, stabilitas termal, dan kemampuan nonlinear yang kuat. Beberapa polimer organik seperti PEDOT: PSS dan polymer dots (Pdots) telah menunjukkan potensi dalam pembangkitan pulsa ultracepat.
Phthalocyanines menjadi kelompok material organik lain yang menarik karena sifat optik dan elektronnya yang unggul, serta sudah digunakan luas pada berbagai perangkat optoelektronik. Namun, sebagian besar penelitian sebelumnya berfokus pada FePc dan CoPc, yang keduanya memiliki orbital-d yang dapat menyebabkan excited-state absorption (ESA) dan menurunkan efisiensi mode-locking. Magnesium phthalocyanine (MgPc), dengan konfigurasi elektron tertutup dan tanpa orbital-d, menawarkan keunggulan berupa minimnya ESA sehingga berpotensi menghasilkan saturasi yang lebih bersih dan performa mode-locking lebih baik.
Artikel ini kemudian menekankan bahwa penelitian mengenai MgPc sebagai SA dalam laser serat masih sangat terbatas. Karena itu, studi ini bertujuan menginvestigasi penggunaan MgPc yang dimasukkan ke dalam matriks PVA sebagai material SA untuk mode-locking pada erbium-doped fiber laser (EDFL). Hasil yang dilaporkan menunjukkan bahwa MgPc mampu menghasilkan pulsa soliton yang stabil dengan durasi yang lebih pendek dibanding SA berbasis phthalocyanine lain seperti FePc.
Metode dan Hasil
Pada penelitian ini, magnesium phthalocyanine (MgPc) digunakan sebagai saturable absorber (SA) dengan cara mengintegrasikannya ke dalam matriks polyvinyl alcohol (PVA). Proses pembuatan dimulai dengan melarutkan PVA dalam air deionisasi, kemudian menambahkan serbuk MgPc ke dalam larutan tersebut. Campuran ini diproses menggunakan ultrasonik untuk memastikan dispersi partikel yang merata. Setelah itu, larutan dituangkan ke dalam petri dish dan dibiarkan kering selama tiga hari hingga terbentuk film MgPc-PVA yang seragam.
Karakterisasi material dilakukan menggunakan EDX untuk mengidentifikasi komposisi unsur dan FESEM untuk melihat morfologi permukaan. Nonlinearitas optik film diuji menggunakan sistem balanced twin-detector, menghasilkan parameter seperti modulation depth, non-saturable loss, dan saturation intensity. Selain itu, spektrum absorpsi linear film dianalisis untuk memastikan kompatibilitasnya sebagai SA dalam laser serat berbasis erbium.
Dalam konfigurasi lasernya, peneliti membangun erbium-doped fiber laser (EDFL) berbentuk ring cavity tanpa komponen bebas-ruang. MgPc SA ditempatkan dalam platform film sandwich di dalam resonator. Cavity terdiri dari EDF sebagai media penguat, WDM untuk memasukkan sinyal pompa 976 nm, isolator untuk memastikan arah propagasi, coupler 10:90 untuk keluaran, serta 100 m SMF untuk menyediakan dispersi anomali yang diperlukan bagi pembentukan soliton. Pengujian dilakukan menggunakan OSA, osiloskop, RF analyzer, dan optical power meter.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa laser mulai beroperasi dalam kondisi continuous-wave pada daya pompa sekitar 40 mW, dan mode-locking stabil tercapai pada 55,88 mW. Dengan memasukkan MgPc SA, laser menghasilkan pulsa soliton stabil dengan frekuensi repetisi fundamental 1,795 MHz, sesuai panjang cavity 114 m.
Spektrum optik menunjukkan panjang gelombang pusat 1564,05 nm dengan lebar spektrum 2,5 nm, serta munculnya Kelly sidebands yang mengonfirmasi karakter soliton. Autokorelasi menghasilkan durasi pulsa 1,1 ps (profil sech²), yang lebih pendek dibandingkan SA berbasis FePc pada penelitian sebelumnya. RF spectrum menunjukkan stabilitas tinggi dengan SNR 71,5 dB, tanpa modulasi frekuensi yang mengganggu.
Dalam rentang daya pompa 55,88–118,48 mW, keluaran laser meningkat linier dari 0,13 hingga 1,11 mW. Energi pulsa meningkat dari 0,072 hingga 0,62 nJ, sementara daya puncak mencapai 0,36 kW pada pompa maksimum. Laser juga mempertahankan stabilitas jangka panjang, dengan fluktuasi spektral hanya ±0,1 nm dan variasi daya ±0,2 dB selama 100 menit pengukuran. Dibandingkan SA organik lain, MgPc menghasilkan durasi pulsa terpendek, menunjukkan performa nonlinear yang unggul dan potensi besar untuk aplikasi ultrafast.
Penulis : Prof. Dr. Retna Apsari, M.Si
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
M. I. Z. M. Zabidi, A.D. Ahmad, A. H.A. Rosol, M.A.M. Johari, R. Apsari, S.W.Harun. Utilization of magnesium phthalocyanine for pulse modulation in mode-locked soliton lasershttps://doi.org/10.1364/AO.577988
