Pendahuluan
Q-switching adalah teknik yang berguna dan sangat penting untuk menghasilkan pulsa mikrodetik dengan memodulasi faktor-Q rongga laser untuk secara iteratif menginduksi penumpukan populasi yang tereksitasi dan emisi foton yang tiba-tiba. Sumber laser dapat digunakan dalam aplikasi yang luas termasuk pengukiran laser industri, operasi mata, perawatan kulit, dan penginderaan jauh. Q-switching dapat diwujudkan melalui teknik aktif dan pasif. Teknik aktif memanfaatkan perangkat eksternal seperti modulator akustik atau elektro-optik untuk menghasilkan pulsa. Namun, perangkat eksternal berukuran besar, kompleks, dan mahal. Di sisi lain, teknik pasif menggunakan perangkat Saturable Absorber (SA), yang lebih kompak, sederhana dan fleksibel.
Hingga saat ini, banyak SA telah dieksplorasi untuk pembangkitan pulsa Q-switched dan mode terkunci termasuk cermin penyerap saturable semikonduktor (SESAM), karbon natube, graphene, isolator topologi, logam transisi di-chalcogenide (TMDs) dan fosfor hitam (BP). Bahan-bahan ini dilaporkan memiliki waktu pemulihan yang sangat cepat, dan karakteristik penyerapan jenuh yang sangat baik, yang penting untuk Q-switching. Namun, ada juga beberapa batasan optik untuk bahan ini, dan penyelidikan untuk kandidat SA baru dengan kinerja yang lebih baik masih menjadi topik yang sangat menarik bagi para peneliti. Akhir-akhir ini, minat terhadap material naparticles logam jenis baru seperti emas, naparticles perak, titanium dioksida dan kobalt oksida juga meningkat untuk laser serat Q-switched. Jenis SA ini mendapatkan daya tarik karena sifatnya yang unik seperti kedalaman modulasi yang tepat, intensitas saturasi yang rendah, dan waktu respons yang cepat.
Namun, tidak banyak laporan tentang Nikel oksida (NiO), yang memiliki kedalaman modulasi yang sesuai dan intensitas saturasi yang rendah sebagai SA. Energi celah pita NiO dilaporkan berada dalam kisaran 3.6 hingga 4.0 eV, yang setara dengan panjang gelombang 309 hingga 344 nm. Namun, Duan et. al melaporkan bahwa penyerapan naparticle dapat digeser merah dengan meningkatkan ukuran naparticle. Oleh karena itu, naparticle NiO dapat digunakan sebagai SA pada daerah inframerah dekat. Dalam makalah ini, SA baru berdasarkan naparticles NiO dikembangkan untuk aplikasi Q-switching di wilayah panjang gelombang 1.5 mikron.
Metode dan Hasil
Hasilnya menunjukkan rongga cincin EDFL, yang diadopsi untuk mengeksplorasi potensi NiO untuk pembangkitan pulsa mikrodetik pada wilayah panjang gelombang 1.5 mikron. Resonator laser menggunakan serat yang didoping Erbium (EDF) yang sangat didoping sebagai media penguatan. EDF memiliki koefisien serapan 100 dB/m pada 980 nm, sedangkan diperkirakan memiliki konsentrasi ion erbium 12500 wt ppm. EDF sepanjang 0.5 m dipompa bersama oleh dioda pompa 980 nm melalui multiplexer divisi panjang gelombang leburan (WDM). Rongga mencakup isolator optik independen polarisasi untuk memastikan propagasi searah. NiO SA diintegrasikan ke dalam rongga EDFL dengan mengapit ~1mm×1mm film komposit di antara dua kabel patch serat. Gel pencocokan indeks diterapkan pada sambungan untuk meminimalkan refleksi parasit. Coupler keluaran serat fusi 90/10 digunakan untuk diagnostik spektral dan temporal. Panjang rongga total untuk EDFL adalah 3m.
Setelah memasukkan film SA NiO yang dibuat ke dalam rongga EDFL, laser gelombang kontinu (CW) pertama-tama dihasilkan pada daya pompa ambang 80 mW. Dengan lebih meningkatkan daya pompa lebih dari 143.8 mW, laser Q-switched self-starting diperoleh dari ring EDFL, menghasilkan rangkaian pulsa mikrodetik yang stabil, berpusat pada 1570.6 nm. Jejak keluaran osiloskop yang khas, pada tiga kekuatan pompa yang berbeda yaitu 143.8 mW, 191 mW, 239.6 mW. Pulsa dihasilkan dengan jarak 19.8 µs, 16.99 µs dan 15.16 µs, sesuai dengan laju pengisian ulang masing-masing 50.3 kHz, 57.87 kHz dan 65.96 kHz. Lebar pulsa 8.56 µs,6.6 µs dan 5.59 µs diperoleh pada daya pompa masing-masing 143.8 mW, 191 mW, 239.6 mW. Dengan meningkatnya daya pompa, frekuensi pengulangan meningkat, dan lebar pulsa berkurang, yang merupakan ciri khas laser Q-switched pasif. Karakteristik spektral keluaran khas laser, pada daya pompa 191 mW. Ini menunjukkan spektrum laser yang berpusat pada 1570.6 nm dengan lebar penuh pada setengah maksimum (FWHM) 1.3 nm. Sehubungan dengan laser CW, FWHM dari spektrum laser Q-switched melebar dan panjang gelombang tengah sedikit bergeser merah. Hal ini dikaitkan dengan kerugian penyisipan yang diperkenalkan oleh NiO PEG SA, yang menyebabkan penyesuaian kondisi persaingan mode operasi Q-switching dibandingkan dengan kondisi persaingan mode operasi CW. Spektrum frekuensi radio (RF) dari laser keluaran menunjukkan kontras sinyal-ke-latar belakang yang tinggi sebesar 73.42 dB, menunjukkan stabilitas rangkaian pulsa yang baik, sebanding dengan laser serat Q-switched berdasarkan bahan lain. Mengikuti hasil Q-switching stabil yang diperoleh dengan menggunakan NiO SA pada 1570.6 nm, percobaan yang sama dilakukan dengan film PEG murni setebal ~40 m (proses fabrikasi seperti yang digunakan untuk fabrikasi NiO PEG SA, tetapi tanpa naparticle NiO). Q-switching diamati pada setiap tingkat daya pompa, mengkonfirmasikan bahwa pulsa Q-switching muncul dari naparticles NiO. Sifat pulsa dalam laser Q-switched pasif bergantung pada dinamika nlinear dalam media gain dan SA. Hal ini menyebabkan ketergantungan tingkat pengulangan laser keluaran dan lebar pulsa pada daya pompa. Laju pengulangan dan lebar pulsa dicatat oleh osiloskop dan hubungannya dengan daya pompa. Pulsa laser dipancarkan setelah energi penyimpanan rongga mencapai ambang tertentu. Oleh karena itu, daya pompa yang lebih besar memungkinkan tingkat pengulangan yang lebih tinggi dan menghasilkan lebar pulsa yang lebih pendek. Hal ini diamati secara eksperimental dengan mengubah daya pompa dari ambang batas 143.8 mW menjadi 239.6 mW karena laju pengulangan rongga meningkat dari 50,3kHz menjadi 65.96 kHz dan lebar pulsa berkurang dari 8.56 µs menjadi 5.59 µs. Lebar pulsa dapat lebih dipersingkat dengan mengurangi panjang rongga laser. Daya keluaran rata-rata 5.35 mW dicapai pada daya pompa ambang 143.8 mW dan daya maksimum 9,92 mW diperoleh pada daya pompa 239.6 mW, menghasilkan efisiensi kemiringan sekitar 5%. Di sisi lain, energi pulsa meningkat dari 106.36 nJ menjadi 150.4 nJ karena daya pompa dinaikkan dari 143.8 mW menjadi 239.6 mW. Kami percaya bahwa energi pulsa yang lebih tinggi dapat diwujudkan dengan lebih mengoptimalkan rongga laser. Patut diketahui bahwa kami tidak menemukan kerusakan optik pada film PEG NiO dalam eksperimen laser.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
M.F. Baharom, N.F. Zulkipli, A.A. Rahman, M. Yasin and S.W. Harun
