Pendahuluan
Baru-baru ini, pembangkitan pulsa optik melalui penguncian mode telah mendapatkan perhatian penting karena banyak aplikasinya dalam pemrosesan material, biomedis, dan penginderaan jauh. Serat laser dengan penguncian ragam dapat dicapai dengan penggunaan Saturable Absorber (SA), Nonlinear Optical Loop Mirror (NOLM), dan Nonlinier Polarization Rotation (NPR). Salah satu perangkat awal yang digunakan untuk menghasilkan laser pulsa adalah cermin semikonduktor SA (SESAMS). Laser pulsa banyak digunakan karena waktu pemulihannya yang sangat cepat dan tingkat penyerapannya tinggi. Setelah beberapa saat, popularitasnya mulai menurun karena ambang kerusakan yang rendah dan bandwidth yang sempit. Pembuatannya juga mahal. Penguncian ragam juga dapat diwujudkan dengan menggunakan SA yang terbuat dari bahan nano yang berbeda seperti fosfor hitam, dichalcogenides logam transisi, graphene, isolator topologi, dan nanotube karbon. Namun, bahan-bahan ini juga menimbulkan keterbatasannya sendiri yang membatasi implementasi skala luasnya. Baru-baru ini, material 2D seperti titanium disulfida (TiS2), perovskite, bismuthine, dan antimonene juga telah digunakan sebagai SA untuk pembangkitan berbagai rangkaian pulsa optik. TiS2 SA secara efektif meminimalkan rasio signal-to-noise dari pulsa yang dihasilkan sedangkan perovskite memiliki ambang penguat yang rendah, ketebalan sel satuan rendah, dan kedalaman modulasinya tinggi. Stabilitas laser juga ditingkatkan dengan penggunaan bismutena dan antimonen sebagai SA karena respons optiknya yang sangat baik.
Baru-baru ini, karbida/nitrida logam terner yang disebut MXene juga diminati sebagai anggota baru untuk kelas material 2D. Ini memiliki rumus umum Mn+1XnTx, di mana M adalah logam transisi, X adalah karbon atau nitrogen dengan n = 1, 2, 3. . . , dan T adalah grup face-termination seperti oksigen atau fluor. MXene dapat diproduksi dengan etsa selektif lapisan MAX. MXene sebelumnya telah digunakan dalam berbagai aplikasi fotonik karena sifat optik, termal, dan fisiknya yang sangat baik. Ini memiliki banyak keunggulan seperti ukuran celah pita kecil, konduktivitas logam, dan sifat hidrofilik dari permukaannya. Mxene juga memiliki karakteristik penyerapan jenuh yang sangat baik, yang cocok untuk dioda fotonik. Dilaporkan juga bahwa MXene juga menunjukkan struktur zero-bandgap, yang berpotensi digunakan untuk perangkat optik broadband. Dalam penelitian ini, kami secara eksperimental mendemonstrasikan pembuatan pulsa laser dengan penguncian ragammenggunakan bahan MXene sebagai SA. MXene memiliki kemampuan untuk menghapus kendala prosedur bandgap dan dispersi monolayer. Titanium karbida (Ti3C2Tx) dipilih sebagai senyawa utama karena sifatnya yang seperti graphene, tetapi memiliki sifat elektronik/optik yang sangat mudah diatur dan dapat disesuaikan. Selain itu, juga memiliki toleransi kerusakan optik yang tinggi, yang menjadikannya SA yang lebih disukai, dibandingkan dengan bahan berbasis 2D lainnya.
Metode dan Hasil
Kami menunjukkan rongga EDFL yang digunakan dalam penelitian ini, yang terdiri dari dioda laser 980 nm (LD), multiplexer divisi panjang gelombang (WDM), serat erbium-doped (EDF), isolator optik, coupler keluaran , gulungan serat mode tunggal (SMF) sepanjang 100 m, dan perangkat SA. Perangkat SA dibuat dengan menempatkan potongan kecil dari film yang telah disiapkan di antara dua ferrules serat. LD memompa dalam laser 980 nm yang terus menerus ke rongga melalui WDM. WDM terhubung ke media penguatan EDF sepanjang 2,4 m yang menyediakan penguat di wilayah 1,5 m. EDF memiliki koefisien penyerapan 23,9 dB/m pada 979 nm. Bukaan numeriknya adalah 0,24, sedangkan diameter inti dan diameter selubung serat masing-masing adalah 5,8 dan 125,4 m. ISO mempertahankan propagasi sinar laser searah sementara OC membiarkan 20% laser dikeluarkan dari rongga untuk dianalisis dan menjaga 80% darinya tetap beredar. Analisis pulsa penguncian mode dilakukan menggunakan detektor foto (Thorlabs: DET01CFC) dengan bandwidth 1,2 GHz, osiloskop (OSC) (GWIN-STEK: GDS-3352), dan penganalisis spektrum frekuensi radio (RFSA) (Anritsu: MS2683A). OSC memiliki bandwidth 350 MHz dan RFSA memiliki bandwidth 7,8 GHz. Selain itu, pengukur daya optik (OPM) (Thorlabs: PM100D) digunakan untuk memeriksa daya keluaran laser, dan spektrumnya diperiksa oleh penganalisis spektrum optik (OSA) (MS9710C). Laser penguncian mode memerlukan penguncian fase dari propagasi mode longitudinal dalam rongga laser serat. Untuk mencapai penguncian mode di EDFL, kumparan SMF sepanjang 100 m yang memiliki dispersi kecepatan grup (GVD) 21,7 ps2/km ditambahkan ke rongga EDFL untuk menyeimbangkan antara nonlinier dan dispersi. Total panjang rongga diperkirakan sekitar 106 m, dan total dispersi rongga rongga ini dihitung sekitar 2,94 ps2.
Kami memplot hubungan linier antara daya keluaran rata-rata yang diperoleh dan energi pulsa versus daya pompa masukan. Daya keluaran rata-rata dan energi pulsa masing-masing meningkat dari 5,69 menjadi 11,85 mW dan 3,01 menjadi 6,24 nJ, karena daya pompa dinaikkan dari 40,2 menjadi 87,2 mW. Efisiensi kemiringan laser dianalisis menjadi sekitar 13,16, yang relatif tinggi karena hilangnya SA yang rendah. Saat daya input LD meningkat melebihi 87,2 mW, pulsa pengunci mode menjadi tidak stabil dan menghilang, output laser berubah menjadi operasi CW. Kinerja daya puncak yang bergantung pada intensitas pompa. Daya puncak meningkat dari 19,5 menjadi 40,7 mW karena daya pompa bervariasi dari 40,2 hingga 87,2 mW. Kami yakin ambang kerusakan SA film tipis yang kami usulkan berada di luar rezim operasi kami dari daya pompa 185 mW karena, ketika daya pompa membengkak hingga maksimum dan kemudian dikurangi kembali menjadi 87,2 mW, penguncian mode dipulihkan, menegaskan bahwa SA tidak terbakar.
Dalam kesimpulan ini, kami telah berhasil mendemonstrasikan penggunaan senyawa MXene sebagai SA pasif dalam rongga EDFL untuk menghasilkan pulsa melalui penguncian mode. SA dibuat dengan menanamkan bubuk Ti3C2Tx yang diperoleh melalui proses etsa selektif ke dalam film PVA. Kami menemukan bahwa SA berhasil menghasilkan pulsa penguncian mode dalam daya pompa dari 40,2 hingga 87,2 mW. Ini beroperasi pada 1561,2 nm dengan tingkat pengulangan 1,89 MHz dan lebar pulsa 154 ns. Pada daya pompa 87,2 mW, daya keluaran rata-rata, energi pulsa, dan daya puncak masing-masing adalah 11,85 mW, 6,24 nJ, dan 40,7 mW. Hasil ini memvalidasi kesederhanaan dan kelayakan Ti3C2Tx sebagai SA untuk menghasilkan rangkaian pulsa penguncian mode yang stabil.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://link.springer.com/article/10.1007/s10946-022-10055-0M. A. A. B. Sahib, Nur Farhanah Zulkipli, Ahmad Haziq Aiman Rosol, Moh Yasin & Sulaiman Wadi Harun
