Laser serat Q-switched merupakan penelitian yang diminati karena aplikasinya di area yang luas, termasuk komunikasi optik, pemrosesan material, penginderaan jarak jauh dan spektroskopi. Mereka dapat dicapai secara pasif, menggunakan perangkat saturable absorber (SA) untuk memodulasi Q-factor rongga laser. Ada banyak bahan yang telah dilaporkan sebagai SA dalam beberapa tahun terakhir, termasuk semiconductors SA mirrors (SESAMs), dan bahan nano 2D seperti graphene, dichalcogenides logam transisi, isolator topologi, dan fosfor hitam. SESAM dikembangkan sebagai bahan SA yang menjanjikan untuk generasi pulsa berbasis serat laser. Sayangnya, SESAM masih memiliki kekurangan yaitu biaya yang tinggi dan ambang kerusakan yang rendah. Kedalaman modulasi yang lambat dan celah pita nol adalah dua kelemahan utama graphene, terlepas dari karakteristiknya yang baik, seperti rentang spektrum operasi yang luas dan waktu pemulihan yang cepat.
Topological insulators (TI) termasuk Sb2Te3, Bi2Te3, dan Bi2Se3 digunakan dalam mencapai pulsa laser yang beroperasi di berbagai rentang panjang gelombang. Namun, TI mengalami reaktivitas kimia dan ketidakstabilan struktural. Dikalkogenida logam transisi menunjukkan sifat penyerapan yang unik, yang ditunjukkan melalui tungsten disulfida (WS2), molibdenum disulfida (MoS2), MoTe2, dan WSe2. Namun, mereka mengalami proses fabrikasi yang rumit dan ambang kerusakan optik yang rendah. Fosfor hitam digunakan dalam banyak aplikasi pulsa serat-laser, karena respons optik nonlinier broadband dan kemudahan fabrikasi. Namun demikian, bahan ini cepat rusak jika terkena oksigen atau air.
Dalam surat ini, kami menyarankan implementasi SA berbasis film vanadium aluminium carbide (V2AlC) untuk merealisasikan operasi Q-switching. Secara umum, V2AlC adalah bahan karbida ternary laminasi nano yang dikaitkan dengan keluarga fase MAX. Film V2AlC dibuat dengan mencampurkan bubuk V2AlC dengan polivinil alkohol (PVA), menggunakan pendekatan pengecoran. SA dibangun dari film berdasarkan platform serat-ferrule berstruktur sandwich sebelum diintegrasikan ke dalam Erbium-doped fiber laser (EDFL) sebagai Q-switcher.
Kami menunjukkan spektrum optik dan RF, masing-masing, diukur pada daya dioda 71.5 mW. Seperti terlihat pada Gambar 4b, pulsa Q-switched beroperasi pada panjang gelombang pusat 1559 nm. Spektrum RF mengungkapkan banyak harmonik dengan frekuensi fundamental pada 53.55 kHz. Signal-to-noise ratio (SNR) RF dari frekuensi ini melebihi 50 dB, sehingga semakin menegaskan sifat stabil dari operasi Q-switching. Perlu juga dicatat bahwa pengontrol polarisasi dikecualikan dalam pengaturan laser yang diusulkan, karena operasi laser dan pulsa tidak sensitif terhadap polarisasi. Kami mengamati bahwa menyesuaikan keadaan polarisasi rongga hampir tidak mengubah karakteristik spektrum optik dan rangkaian pulsa.
Kami menyajikan karakteristik pulsa laser sebagai fungsi dari daya pompa. Ketergantungan daya keluaran rata-rata dan energi pulsa tunggal pada daya pompa. Saat daya pompa tumbuh dari 40.2 menjadi 71.5 mW, operasi Q-switched tetap stabil, dan daya output rata-rata tumbuh hampir secara linier dari 1.35 menjadi 3.06 mW. Meningkatnya daya pompa menyebabkan penguatan yang lebih besar yang, pada gilirannya, menghasilkan energi pulsa yang lebih tinggi karena kemajuan peningkatan pulsa Q-switched yang lebih cepat. Energi pulsa tunggal dapat mencapai hingga 57.14 nJ. Terlihat variasi laju dan lebar pengulangan pulsa dengan meningkatnya daya pompa. Berbeda dengan laser serat mode-locked, yang memiliki tingkat pengulangan tetap tergantung pada panjang rongga, generasi pulsa Q-switched bergantung pada saturasi SA. Oleh karena itu, tingkat pengulangan laser berkorelasi positif dengan daya pompa. Meningkat dari 39.98 menjadi 53.55 kHz bersamaan dengan peningkatan daya pompa dari 40.2 menjadi 71.5 mW. Kenaikan tingkat pengulangan ini disebabkan oleh mekanisme SA, yang jenuh lebih cepat pada daya pompa yang lebih tinggi. Sebaliknya, lebar pulsa berkurang dari 3.76 menjadi 2.54 μs seiring dengan peningkatan daya pompa dari 40.2 menjadi 71.5 mW. Peningkatan daya pompa menyebabkan peningkatan laju pertumbuhan kerapatan foton yang mewakili waktu penyimpanan energi. Ini menghasilkan pembentukan pulsa yang lebih cepat dan dengan demikian mencapai tingkat pengulangan yang lebih tinggi.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si. (Corresponding Author)
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://link.springer.com/article/10.1007/s10946-022-10097-4
