Laser de fibra ultrarrápido a 1570 nm baseado em material orgânico como absorvedor saturável

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 13288 (2022) Citar este artigo

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Neste trabalho, demonstramos Poli (3,4-etilenodioxitiofeno): poli (estirenossulfonato) (PEDOT: PSS) como um absorvedor saturável (SA) para produzir operação de bloqueio de modo em diferentes comprimentos de laser de fibra dopada com érbio (EDFL). O PEDOT:PSS foi incorporado em álcool polivinílico para formar uma película fina que atua como absorvente na configuração do laser. Os três EDFL diferentes de modo bloqueado foram demonstrados com sucesso com diferentes comprimentos de cavidade e taxas de acoplador de saída. A taxa/largura de repetição de pulso de 3,417 MHz/710 fs, 4,831 MHz/510 fs e 6,049 MHz/460 fs foram obtidas utilizando acoplador óptico/comprimento de cavidade de 20:80/60,7 m, 10:90/42,7 m, e 5:95/33,7 m, respectivamente. Todos os experimentos geraram uma operação estável e de modo bloqueado em um comprimento de onda central de 1570,76 nm, 1570,3 nm e 1569,95 nm com largura de banda de 3 dB de 4,8 nm, 5,6 nm e 6,5 nm, respectivamente. A estabilidade a longo prazo dos lasers de fibra ultrarrápidos foi investigada para cada configuração em 120 min. O PEDOT: PSS proposto provou ser um material promissor para induzir a operação de bloqueio de modo em diferentes configurações de laser de fibra.

Uma variedade de sistemas fotônicos, como óptica não linear e visão totalmente em fibra, foram revolucionados com características distintas dos lasers de fibra dopada com érbio (EDFLs). O tremendo crescimento dos interesses de pesquisa em EDFLs é atribuído à sua capacidade de produzir saídas sintonizáveis ​​com qualidade de feixe perfeita, baixa perda de inserção, alta potência de saída e largura de linha estreita . Esses lasers de fibra podem ser operados em modo de pulso ou onda contínua (CW). EDFLs pulsados ​​referem-se a lasers ultrarrápidos com alta potência de pico, operam em operação Q-switching3 ou mode-locking4. Os EDFLs de modo bloqueado têm sido amplamente utilizados em aplicações de comunicação óptica de alta capacidade devido à sua capacidade distinta de produzir pulso de femtosegundo através de técnicas ativas ou passivas . A técnica ativa exigiu moduladores externos e componentes eletrônicos, como moduladores fotoelétricos e óptica acústica6, que tornam o sistema inflexível e caro. Enquanto a técnica passiva fornece uma solução mais hermética e diversificada. Absorventes saturáveis ​​(SAs) são a chave para gerar laser ultrarrápido na técnica passiva que pode ser classificado em SAs reais e artificiais. SAs artificiais são a formação de componentes ópticos, como evolução de polarização não linear (NPE)7, espelhos de loop de amplificação não linear (NALMs)8 e espelhos de loop óptico não linear (NOLMs)9. SAs artificiais exigiram a formação de múltiplos componentes ópticos e sensibilidade às perturbações ambientais, o que restringiu sua viabilidade. Espelhos absorvedores saturáveis ​​de semicondutores (SESAMs)10 têm sido usados ​​como SAs reais. Infelizmente, os SESAMs sofrem de muitas desvantagens, incluindo alto custo, largura de banda operacional estreita, limite de baixo dano e configuração complexa11. Portanto, materiais emergentes SAs estão se tornando o principal foco de pesquisa para induzir fenômenos ultrarrápidos em sistemas de laser de fibra. Existem muitos materiais bidimensionais (2D) e emergentes que foram propostos como SAs para gerar laser pulsado, incluindo grafeno12, nanotubos de carbono (CNTs)13, fósforo negro (BP)14, dichalcogenetos de metais de transição (TMDs)15,16, 17, e isoladores topológicos (TIs)18,19,20. Esses materiais demonstraram grande potencial como SA com seu desempenho excepcional em absorção21, tamanho22, estabilidade química23 e tempo de recuperação24. Recentemente, os Materiais Orgânicos (MOs) têm sido destacados como novos materiais emergentes, que apresentam grande flexibilidade, estabilidade térmica e capacidade de formação de filmes. Essas propriedades permitem o uso de OMs em tecnologias de ponta. Não é novidade que a aplicação OM está se estendendo a aplicações de laser ultrarrápidas. Por exemplo, foi relatado que o polímero de poli (3,4-etilenodioxitiofeno) poliestireno sulfonato (PEDOT: PSS), um membro da OM, induz pulso de picossegundos em sistemas de laser de fibra . No entanto, a investigação do potencial do OM para induzir laser ultrarrápido ainda é difícil em comparação com outros materiais emergentes.