Sejak revolusi industri tahun 1870-an, sebagian besar kemajuan teknologi digerakkan oleh elektron. Dalam beberapa tahun terakhir, semakin banyak teknologi yang beralih dari elektron ke foton. Misalnya, teknologi telekomunikasi 5G yang menggunakan sistem serat optik sebagai tulang punggung. Selain telekomunikasi, teknologi yang digerakkan oleh foton telah digunakan dalam pengembangan energi baru, superkomputer, dan area frontier lainnya. Salah satu penelitian frontier yang penting adalah dalam pengembangan laser ultrafast. Laser ini telah menarik perhatian yang signifikan untuk digunakan dalam pemrosesan material, pencitraan skala nano, dan spektroskopi waktu femtosecond karena sifatnya yang sangat baik dari energi pulsa tinggi dan dampak termal rendah. Mode terkunci pasif berbasis saturable absorber (SA) dikenal sebagai teknologi yang efisien dan ekonomis untuk menghasilkan pulsa femtosecond. Dengan demikian, banyak SA baru telah dieksplorasi dalam beberapa tahun terakhir untuk mengembangkan laser ultrafast yang efisien dan berbiaya rendah untuk berbagai aplikasi.
Akhir-akhir ini, organic materials (OMs) telah digunakan dalam berbagai teknologi seperti perangkat penyimpanan bi-stabil, transistor film tipis organik, dan energi matahari. Mereka menunjukkan fleksibilitas tinggi dalam proses kontrol dan memiliki sifat signifikan yang menguntungkan dalam desain molekul multifungsi. Polimer penghantar poli (3,4-etilendioksitiofena) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) merupakan salah satu bahan organik penting yang telah dipelajari secara intensif dalam beberapa tahun terakhir. PEDOT: PSS memiliki keunggulan fleksibilitas, stabilitas termal, kemampuan pembentukan film yang luar biasa, dan persiapan proses basah. Eksplorasi OM dalam sistem laser serat ultrafast masih jauh tertinggal dibandingkan dengan material berdimensi rendah lainnya. Dalam karya ini, kami mengusulkan dan mendemonstrasikan penggunaan OM dalam pembangkitan pulsa mode terkunci pada wilayah 1.5 μm dengan menggunakan film tipis spin-coated PEDOT: PSS sebagai SA. Sejauh pengetahuan kami, ini adalah pertama kalinya bahan PEDOT: PSS digunakan dalam sistem laser serat untuk menginduksi pembangkitan pulsa soliton.
SA berbasis film spin-coated PEDOT: PSS yang telah disiapkan, diintegrasikan ke dalam Erbium-doped fiber laser (EDFL) untuk menginduksi operasi penguncian mode di wilayah 1.5 μm region. Single-mode fiber (SMF) standar sepanjang 70 m ditambahkan ke dalam rongga untuk memastikan dispersi anomali yang besar sehingga dispersi rongga bersih dalam rezim anomali adalah sekitar – 1.59 ps2. EDF dan SMF, memiliki group velocity dispersion (GVD) masing-masing sebesar 27.6 ps2/km and – 21.7 ps2/km. Panjang rongga total sekitar 83 m, yang sesuai dengan tingkat pengulangan pulsa sekitar 2.437 MHz dan waktu perjalanan bolak-balik 410.4 ns. Polarization controller (PC) dan isolator masing-masing digunakan untuk mengontrol kehilangan nonlinier dan untuk memaksa operasi searah rongga. Coupler 90/10 digunakan untuk mengekstrak 10% daya dari rongga. Optical spectrum analyzer (OSA), osiloskop, radio frequency (RF), dan autokorelator digunakan untuk menganalisis karakteristik pulsa keluaran.
Penyelidikan spektrum keluaran versus waktu dianalisis untuk menunjukkan stabilitas jangka panjang dari operasi laser penguncian ragam. Panjang gelombang laser diambil setiap 5 menit untuk total durasi 1 jam. Semua sampel dioperasikan pada 1567.6 nm dengan intensitas daya optik 16.8 dBm. Semua sampel hampir identik dan ini menegaskan stabilitas laser pulsa. Ini membuktikan juga bahwa bahan yang diusulkan dapat bekerja untuk waktu yang lama tanpa gangguan pulsa. Spektrum radio frequency (RF), yang dapat digunakan untuk menyimpulkan stabilitas laser. Frekuensi fundamental diperoleh pada 2.437 MHz dengan rasio signal-to-noise (SNR) 55 dB, menunjukkan fluktuasi amplitudo yang relatif rendah. Spektrum juga menunjukkan harmonik rongga tinggi (pada rentang 101.3 MHz), menyiratkan kinerja operasi ragam terkunci yang stabil. Evolusi daya keluaran rata-rata dan energi pulsa untuk daya pompa yang berbeda. Baik energi pulsa dan daya keluaran bertambah secara linier dengan daya LD masukan. Pada daya LD masukan 295 mW, energi pulsa rata-rata dan daya keluaran masing-masing sekitar 2.79 nJ dan 6.89 mW. Daya puncak maksimum diperoleh pada 1.43 kW. Menyusul realisasi operasi penguncian mode yang stabil melalui pemanfaatan perangkat SA PEDOT: PSS di rongga EDFL, percobaan yang sama juga dilakukan menggunakan pengaturan yang sama tanpa penggabungan SA. Tidak ada operasi penguncian ragam yang dapat diamati pada setiap posisi pengontrol polarisasi atau tingkat daya pompa, yang menegaskan bahwa perilaku penyerapan jenuh dikaitkan dengan bahan PEDOT: PSS. Hasil juga menunjukkan perbandingan kinerja SA film PEDOT: PSS PVA dengan SA berbasis nanomaterial lainnya. Kinerja operasi penguncian ragam menggunakan SA PEDOT: PSS sebanding dengan sebagian besar SA yang dilaporkan. Lebih penting lagi, hasil yang dilaporkan membuktikan potensi bahan organik untuk aplikasi laser ultrafast.
Sebagai penutup, film SA dibuat dengan teknologi spin-coating dan berhasil digunakan untuk memproduksi laser mode terkunci soliton yang beroperasi pada 1567.6 nm dengan bandwidth 3-dB 1.55 nm. SA PVA PEDOT: PSS memiliki kedalaman modulasi 22% dengan intensitas saturasi 0.21 MW/cm2. Energi pulsa dan daya keluaran rata-rata direalisasikan pada 2.79 nJ dan 6.89 mW pada daya pompa 295 mW. Hasilnya menunjukkan bahwa PEDOT: PSS menguntungkan untuk penggunaan potensial dalam pengembangan berbagai perangkat fotonik berdasarkan optik nonlinier termasuk laser serat ultrafast yang beroperasi di wilayah 1,5 μm.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://www.sciencedirect.com/search?authors=Moh.%20Yasin&pub=Journal%20of%20Luminescence&cid=271627
