Melhorando a estabilidade do érbio

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 20267 (2022) Citar este artigo

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Neste artigo, apresentamos o desempenho e a estabilidade de um laser de fibra dopada com érbio (EDFL) baseado em absorvedor saturável (SA) de ZnO preparado usando dois esquemas: método de solução (SM) e técnica de deposição de laser pulsado (PLDT). Observou-se que o EDFL com ZnO-SA preparado utilizando SM emite a 1561,25 nm sob uma potência de bomba de 230 mW. À medida que a potência da bomba aumenta de 22,2 mW para 75,3 mW, a duração do pulso diminui de 24,91 para 10,69 µs e as taxas de repetição do pulso aumentam de 11,59 para 40,91 kHz. Além da potência da bomba de 75,3 mW, a potência de pico, a energia de pulso e a potência média de saída são medidas como 0,327 mW, 2,86 nJ e 0,18 mW, respectivamente. No entanto, quando o SA baseado em PLDT foi incorporado na cavidade do anel, o comprimento de onda de emissão é observado em 1568,21 nm a uma potência de bomba de 230 mW. Com o aumento da potência da bomba de 22,2 mW para 418 mW, as taxas de repetição do pulso aumentam de 10,79 para 79,37 kHz e a largura do pulso diminui de 23,58 para 5,6 µs. Além disso, observa-se que a potência de pico, a energia de pulso e a potência média de saída são de 10,9 mW, 74 nJ e 5,35 mW, respectivamente. A estabilidade do EDFL baseado em SAs preparados utilizando SM e PLDT também foi investigada. Até onde é do conhecimento do autor, é a primeira comparação de desempenho e estabilidade a longo prazo do EDFL com base em duas técnicas experimentais SM e SAs baseadas em PLDT. Estas descobertas sugerem que os SAs baseados em PLDT proporcionam estabilidade ideal durante um longo período e melhoram o desempenho dos lasers de fibra em comparação com os SAs preparados usando a técnica SM convencional. Este estudo abre caminho para o desenvolvimento de SAs ultraestáveis ​​para suas aplicações potenciais em fontes de laser pulsado e dispositivos fotônicos.

Os lasers de fibra pulsada têm atraído muita atenção nos últimos anos devido às suas aplicações potenciais em espectroscopia, processamento de materiais, microusinagem, medicina e telecomunicações . Para a formação de pulsos em lasers, um absorvedor saturável (SA) é inserido na cavidade que modula as perdas ópticas que têm aplicações importantes em comutação Q e bloqueio de modo de lasers. Conseqüentemente, SA é um componente chave para obter operação de pulso ultracurto a partir de lasers de fibra. Uma variedade de SAs, como nanotubos de carbono4,5, grafeno6, SAs baseados em filmes de óxido7,8, espelhos semicondutores saturáveis-absorventes (SESAMs)9,10 e isoladores topológicos11,12 foram implementados em lasers de fibra e cavidades para o modo passivo -geração de pulso bloqueada. Dentre os filmes de óxido, o material ZnO é considerado um material viável devido às suas características elétricas e ópticas. O ZnO possui um intervalo de banda direto de 3,37 eV13, ótima estabilidade térmica, química e mecânica, baixa tensão de limiar e tempo de recuperação ultrarrápido . Devido a essas características interessantes, o ZnO tem aplicações potenciais em dispositivos optoeletrônicos de comprimento de onda curto, diodos laser ultravioleta (UV) e diodos emissores de luz . Mais recentemente, SAs baseados em ZnO em lasers de fibra dopados com érbio/itérbio atraíram muita atenção dos pesquisadores. As características fundamentais de um SA ideal são estabilidade a longo prazo, alto limiar de dano, rápido tempo de recuperação, baixa intensidade de saturação, profundidade ideal de modulação e facilidade de fabricação e implementação na cavidade do laser. O complicado alinhamento óptico, a estabilidade, os processos de fabricação complexos e a sensibilidade ambiental restringem as aplicações práticas de SAs para operação de comutação Q e bloqueio de modo. Muitas técnicas experimentais, como deposição de nanopartículas em uma ponteira de fibra 19,20, método de solução (SM) 21,22,23 e técnica de deposição de laser pulsado (PLDT) 24,25 foram propostas e demonstradas para fabricar SAs em cavidades de laser para Q -comutação e bloqueio de modo de pulsos ópticos. No entanto, os SAs preparados usando técnicas convencionais como SM e técnicas baseadas em nanopartículas são altamente instáveis ​​e difíceis de alinhar dentro da cavidade do laser, pois são ambientalmente sensíveis e têm um baixo limiar de dano. Na literatura, a estabilidade a curto prazo do EDFL foi relatada e a potência de saída dos espectros ópticos foi medida durante 30-60 min26,27,28,29. A estabilidade de temporização a curto prazo limita as aplicações práticas dos lasers de fibra pulsados, onde é necessária uma operação de pulso constante e estável durante um longo período de tempo. Para enfrentar esse desafio, primeiro medimos a estabilidade do nosso EDFL proposto em termos de tensão pico a pico (VP – P) da operação de pulso de saída por 5 horas contínuas. Além de uma comparação de várias técnicas experimentais propostas, é altamente desejável identificar a melhor abordagem para a fabricação de SAs altamente estáveis ​​para lasers de fibra que sejam fáceis de alinhar e forneçam um alto limiar de dano dentro das cavidades do laser.