Melhorando a estabilidade do érbio

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 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 de ZnO (SA) 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 com SM emite a 1561,25 nm sob uma potência de bombeamento 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 à cavidade do anel, o comprimento de onda de emissão é percebido em 1568,21 nm a uma potência de bombeamento de 230 mW. Com o aumento da potência da bomba de 22,2 mW para 418 mW, as taxas de repetição de pulso aumentam de 10,79 para 79,37 kHz e a largura de pulso diminui de 23,58 para 5,6 µs. Além disso, 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 usando SM e PLDT também foi investigada. Até onde o autor sabe, é a primeira comparação de desempenho e estabilidade a longo prazo de EDFL com base em duas técnicas experimentais SM e SAs baseados em PLDT. Essas descobertas sugerem que os SAs baseados em PLDT fornecem estabilidade ideal por um longo período e melhoram o desempenho dos lasers de fibra em comparação com os SAs preparados usando a técnica convencional de SM. 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 telecomunicações1,2,3. Para a formação de pulsos em lasers, um absorvedor saturável (SA) é inserido na cavidade que modula as perdas ópticas que possuem aplicações importantes em Q-switching e mode-locking de lasers. Portanto, SA é um componente chave para alcançar a operação de pulso ultracurto de lasers de fibra. Uma variedade de SAs, como nanotubos de carbono4,5, grafeno6, SAs baseados em filmes de óxido7,8, espelhos absorvedores saturáveis ​​de semicondutores (SESAMs)9,10 e isoladores topológicos11,12 foram implementados em lasers de fibra e cavidades para o modo passivo geração de pulso bloqueado. Entre os filmes de óxido, o material ZnO é considerado um material viável devido às suas características elétricas e ópticas. O ZnO tem um gap direto de banda de 3,37 eV13, ótima estabilidade térmica, química e mecânica, baixo limiar de tensão e tempo de recuperação ultrarrápido14,15,16,17. Devido a essas características interessantes, ZnO tem aplicações potenciais em dispositivos optoeletrônicos de comprimento de onda curto, diodos laser ultravioleta (UV) e diodos emissores de luz18. Mais recentemente, SAs baseados em ZnO em lasers de fibra dopados com érbio/ítérbio atraíram muita atenção dos pesquisadores. As características fundamentais de um SA ideal são sua estabilidade a longo prazo, alto limiar de dano, tempo de recuperação rápido, baixa intensidade de saturação, profundidade de modulação ideal e facilidade de fabricação e implementação na cavidade do laser. O complicado alinhamento óptico, a estabilidade, os complexos processos de fabricação e a sensibilidade ambiental restringem as aplicações práticas de SAs para operação de Q-switching e mode-locking. Muitas técnicas experimentais, como a deposição de nanopartículas em uma virola de fibra19,20, 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 de curto prazo do EDFL foi relatada e a potência de saída dos espectros ópticos foi medida por 30–60 min26,27,28,29. A estabilidade de temporização de curto prazo limita as aplicações práticas de lasers de fibra pulsada, onde uma operação de pulso constante e estável é necessária por um longo tempo. Para enfrentar esse desafio, primeiro medimos a estabilidade de nosso EDFL proposto em termos de tensão pico a pico (VP-P) da operação de pulso de saída por 5 h continuamente. 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 são fáceis de alinhar e fornecem um alto limiar de dano dentro das cavidades do laser.