Blog

May 15, 2023

Láser de fibra ultrarrápido a 1570 nm basado en material orgánico como absorbente saturable

Informes científicos volumen 12,

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 13288 (2022) Citar este artículo

1355 Accesos

1 Citas

Detalles de métricas

En este trabajo, demostramos poli(3,4-etilendioxitiofeno): poli(estirenosulfonato) (PEDOT: PSS) como absorbente saturable (SA) para producir una operación de bloqueo de modo en diferentes longitudes de láser de fibra dopada con erbio (EDFL). El PEDOT: PSS se incrustó en alcohol polivinílico para formar una película delgada que actúa como absorbente en la configuración del láser. Los tres EDFL bloqueados en modo diferentes se demostraron con éxito con diferentes longitudes de cavidad y relación de acoplador de salida. La frecuencia/anchura de repetición de pulso de 3,417 MHz/710 fs, 4,831 MHz/510 fs y 6,049 MHz/460 fs se obtuvieron utilizando acoplador óptico/cavidad de longitud de 20:80/60,7 m, 10:90/42,7 m y 5:95/33,7 m, respectivamente. Todos los experimentos generaron una operación estable y de modo bloqueado a una longitud de onda central de 1570,76 nm, 1570,3 nm y 1569,95 nm con un ancho de banda de 3 dB de 4,8 nm, 5,6 nm y 6,5 nm, respectivamente. Se investigó la estabilidad a largo plazo de los láseres de fibra ultrarrápidos para cada configuración durante 120 min. El PEDOT propuesto: PSS ha demostrado ser un material prometedor para inducir la operación de bloqueo de modo en diferentes configuraciones de láser de fibra.

Una variedad de sistemas fotónicos, como la óptica no lineal y la visualización de todas las fibras, se han revolucionado con las características distintivas de los láseres de fibra dopada con erbio (EDFL). El tremendo crecimiento de los intereses de investigación en EDFL se atribuye a su capacidad para producir salidas ajustables con una calidad de haz perfecta, baja pérdida de inserción, alta potencia de salida y ancho de línea estrecho1,2. Estos láseres de fibra se pueden operar en modo de pulso o de onda continua (CW). Los EDFL pulsados ​​se refieren a láseres ultrarrápidos con un pico de potencia elevado, que funcionan en operación Q-switching3 o mode-locking4. Los EDFL de modo bloqueado se han utilizado ampliamente en aplicaciones de comunicación óptica de alta capacidad debido a su capacidad distintiva para producir pulsos de femtosegundos a través de técnicas activas o pasivas5. La técnica activa requería moduladores externos y componentes electrónicos, como moduladores fotoeléctricos y óptica acústica6, que hacen que el sistema sea inflexible y costoso. Mientras que la técnica pasiva proporciona una solución más hermética y diversificada. Los absorbentes saturables (SA) son clave para generar láser ultrarrápido en la técnica pasiva que se puede clasificar en SA reales y artificiales. Los SA artificiales son la formación de componentes ópticos, como la evolución de polarización no lineal (NPE)7, los espejos de bucle de amplificación no lineal (NALM)8 y los espejos de bucle óptico no lineal (NOLM)9. Las SA artificiales requerían la formación de múltiples componentes ópticos y sensibilidad a las perturbaciones ambientales, lo que limitaba su viabilidad. Los espejos absorbentes saturables de semiconductores (SESAM)10 se han utilizado como SA reales. Desafortunadamente, los SESAM sufren muchos inconvenientes, incluido el alto costo, el ancho de banda operativo estrecho, el umbral de daño bajo y la configuración compleja11. Por lo tanto, los SA de materiales emergentes se están convirtiendo en el principal foco de investigación para inducir un fenómeno ultrarrápido en el sistema de láser de fibra. Hay muchos materiales bidimensionales (2D) y emergentes que se han propuesto como SA para generar láser pulsado, que incluyen grafeno12, nanotubos de carbono (CNT)13, fósforo negro (BP)14, dicalcogenuros de metales de transición (TMD)15,16, 17, y aisladores topológicos (TIs)18,19,20. Estos materiales han demostrado un gran potencial como SA con su rendimiento excepcional en absorción21, tamaño22, estabilidad química23 y tiempo de recuperación24. Recientemente, los materiales orgánicos (OM) se han destacado como nuevos materiales emergentes, que exhiben una gran flexibilidad, estabilidad térmica y capacidad de formación de películas. Estas propiedades permiten el uso de OM en tecnologías de vanguardia. Como era de esperar, la aplicación OM se está extendiendo a aplicaciones láser ultrarrápidas. Por ejemplo, se ha informado que el polímero de poli (3,4-etilendioxitiofeno) poliestireno sulfonato (PEDOT: PSS), un miembro de OM, induce pulsos de picosegundos en sistemas de láser de fibra25. Sin embargo, la investigación del potencial de OM para inducir láser ultrarrápido aún es escasa en comparación con otros materiales emergentes.

En este experimento, demostramos un PEDOT: SA basado en PSS como un modulador pasivo para generar una operación de bloqueo de modo en la región de banda L de EDFL. El PEDOT: PSS SA se fabricó mediante la incorporación de polvo de PEDOT: PSS dentro de un polímero huésped de alcohol polivinílico (PVA). Debido a la flexibilidad física, la característica de formación de película y la estabilidad térmica, PEDOT: PSS está mostrando un gran potencial en aplicaciones versátiles26,27, particularmente en aplicaciones fotónicas. La película SA propuesta logró excelentes resultados con una profundidad de modulación del 50% y una intensidad de saturación de 32 MW/cm2. Se obtuvo bloqueo de modo estable en diferentes configuraciones de EDFL con un ancho de pulso/potencia de salida máxima de 710 fs/20,07 mW, 510 fs/15,82 mW y 460 fs/11,89 mW utilizando un acoplador óptico (OC)/longitud de cavidad de 20 :80/60,7 m, 10:90/42,7 m y 5:95/33,7 m, respectivamente.

PEDOT es uno de los OM más explorados y ampliamente utilizados debido a su estabilidad en el aire, resistencia a la humedad y alta conductividad. También se puede polimerizar electroquímica o químicamente a partir de 3,4-etilendioxitiofeno (EDOT). Sin embargo, PEDOT está dopado con contraiones de moléculas pequeñas que son insolubles en cualquier solvente y difíciles de alcanzar en la fabricación a gran escala 28. Cuando la polimerización se ejecuta con polielectrolito acuático poli(estirenosulfonato) (PSS), será dispersable en agua con un buen formato de película características, estable y fácil de fabricar. El PSS actúa como un molde por equilibrio de carga y polimerización de contraiones que mantienen dispersos los segmentos catiónicos de PEDOT en un medio acuoso. La naturaleza hidrófila del PSS y del PEDOT hidrófobo condujo a la estructura núcleo-corteza 29,30. El peso molecular de PSS y PEDOT es de aproximadamente 400 000 g/mol y 1000–2500 g/mol, respectivamente. El PVA es un material polimérico que tiene características únicas y excelentes, como biodegradable, no venenoso y totalmente soluble en agua31. El procedimiento de fabricación de la película absorbente fue disolviendo 1 mg de PEDOT: PSS en 10 ml de agua desionizada (DI) a 60 °C durante 60 min. Durante el proceso de fabricación de la solución de PEDOT: PSS, se añadió acetona para disolver el nanopolvo de PEDOT: PSS. A continuación, preparamos el PVA mezclando 1 g de PVA en 100 ml de agua DI con agitación en un agitador ultrasónico durante unos 120 min. Luego, se preparó una solución de la mezcla de PEDOT: PSS PVA sobre 5 ml de la solución de PVA después del proceso de fabricación en PEDOT: solución de PSS agitando a 45 °C durante ~ 180 min. Finalmente, la mezcla de la solución se decantó en un molde de plástico de 60 mm de diámetro y se secó durante 3 días para formar una película delgada. Se midió que el espesor de la película era de alrededor de 50 µm. En este trabajo se preparó PEDOT: PSS en diferentes tiempos de agitación y con diferentes relaciones de peso. El mejor rendimiento de un láser pulsado se obtuvo mediante este proceso descrito anteriormente en un entorno de laboratorio controlado. La Figura 1 muestra dos muestras diferentes de imágenes SEM que se tomaron para la película SA propuesta. La primera muestra mostró que las partículas de PEDOT: PSS se distribuyeron homogéneamente con PVA dentro de un rango de 100 µm. Se descubrieron pequeñas partículas pertenecientes a PEDOT: polvo de aglomeración de PSS. El recuadro es una imagen SEM tomada con un mayor aumento de la película SA en el rango de 10 μm, que muestra muchos pliegues en la superficie que resultaron del procedimiento de recocido a temperatura ambiente. El espesor de la película SA se mide en alrededor de 50 µm. Tiene una pérdida de inserción de aproximadamente 0,5 dB con una pérdida dependiente de la polarización (PDL) insignificante. Usamos el mismo SA en los tres experimentos diferentes.

La imagen SEM de la película absorbente.

La Figura 2a ilustra el espectro de absorbancia óptica de la película SA. Tres picos anchos y asimétricos centrados en 216 nm, 302 nm y 384 nm, respectivamente. Estos picos corresponden a la transición \(\pi \to {\pi }^{*}\) de las moléculas de PSS, PVA y PEDOT debido a enlaces insaturados32,33. La banda prohibida óptica (Eg) de la película SA se puede calcular con base en la ecuación (αhv)2 = B(hv-Eg), ya que n es el 2 igual para la transición directa, α es el coeficiente de absorción, B es relativo constante y hv es la energía del fotón que se puede medir mediante la siguiente ecuación α(v) = 2,303 × Abs (λ)/d, ya que d es el espesor de la película SA. Podemos obtener la banda prohibida óptica por extrapolación lineal en el eje de (αhv)2 frente a hv. La figura 2b muestra dos valores de banda prohibida que se obtuvieron a 3,2 y 4,1 eV y pertenecían a PVA y PEDOT modificados: PSS34,35.

La caracterización de la película SA (a) El espectro de absorción óptica (b) La curva de banda prohibida óptica, y (c) La curva de absorción no lineal.

La absorción no lineal de PEDOT: PSS PVA se investigó utilizando un método estándar de medición de transmisión de 2 brazos. Se utilizó un láser de bloqueo de modo estable como fuente pulsada que funciona a 1570 nm. La frecuencia de repetición del pulso y la duración del pulso del láser fueron 6,049 MHz y 460 fs respectivamente. La fuente de pulsos fue amplificada por EDFA y conectada a un atenuador para alterar la potencia de salida del láser. Luego, se usó el acoplador de 3 dB para dividir la potencia de salida. Se utilizó un puerto como referencia y otro puerto se utilizó para la medición de transmisión dependiente de la potencia de la película SA. La profundidad de modulación de la película SA se logró alrededor del 50 % con una intensidad de saturación de 0,14 MW/cm2, que es superior a la de otros trabajos recientes36,37,38, como se muestra en la Fig. 2c.

En esta sección, se demostraron EDFL de modo bloqueado en 3 diferentes longitudes de cavidad y relación de acoplador de salida. La Figura 3 ilustra la estructura propuesta del láser de modo bloqueado, que contiene una fibra WDM de 0,5 m de largo, un EDF de 2,0 m de largo, un aislador óptico, un acoplador de salida, un controlador de polarización (PC) y una fibra monomodo adicional. (SMF) sección. El EDF tiene un diámetro de núcleo, una apertura numérica y una absorción de iones de erbio de 4 μm, 0,16 y 23 dB/m a 980 nm. La fibra de erbio de 2 m permite que los electrones se coloquen en la banda de menor ocupación de energía durante el proceso de inversión de población e induzca la emisión de láser a una longitud de onda más larga. Se utilizó un diodo láser de 980 nm para bombear el EDF a través del WDM. Generaba fotones que oscilaban en la cavidad para formar un láser y salir a través del acoplador de salida. Se utilizó un aislador para garantizar que la luz láser unidireccional se propagara en la cavidad del anillo. Se usó un controlador de polarización (PC) para ajustar el estado de polarización del láser oscilante para optimizar el proceso de bloqueo de modo. La fibra EDF, SMF y WDM tiene una dispersión de velocidad de grupo (GVD) de 27,6 \({\text{ps}}^{2}\text{/km}\), − 21,7 \({\text{ps}} ^{2}\text{/km}\), y − 48,5 \({\text{ps}}^{2}\text{/km}\), respectivamente. Se integró un SMF adicional de 50, 32 y 20 m de largo en la cavidad del láser de anillo para tres experimentos. Se utilizó un osciloscopio (OSC) (INSTEK GDS-3352) y un analizador de espectro de radiofrecuencia (RF) (Anritsu MS2683A) para monitorear el tren de pulsos en el dominio del tiempo y la frecuencia, respectivamente, a través de un fotodetector rápido InGaAs. El analizador de espectro óptico (OSA) (YOKOGAWA AQ6370C) con una resolución de 0,02 nm para investigar el láser de modo bloqueado en el dominio de la longitud de onda. Mientras que el medidor de potencia óptica se utilizó para medir la potencia de salida de la operación de láser de fibra pulsada. Se utilizó un autocorrelador (APE PulseCheck) para medir la duración del pulso de los pulsos de modo bloqueado.

Configuración láser de la operación EDFL de modo bloqueado.

Al principio, se agregó SMF de 50 m de largo en la cavidad del anillo mientras se utilizaba un acoplador de salida 20:80 para poder extraer el 20 % de la salida para el análisis. El 80 % se devolvió a la cavidad para oscilar e interactuar con el SA para la generación de pulsos de bloqueo de modo. En este experimento, la longitud total de la cavidad fue de aproximadamente 60,7 my la dispersión neta de la cavidad se estimó en − 1,43 \({\text{ps}}^{2}\). El umbral del láser CW a una potencia de bombeo de 10 mW. A medida que la potencia de LD aumentó gradualmente a 134 mW, se generó con éxito un bloqueo de modo autoiniciado. A pesar de operar por debajo de la banda prohibida material, PEDOT: PSS: SA comenzó en modo bloqueado debido a casos de banda prohibida secundaria relacionados con el borde39. El EDFL de modo bloqueado se mantuvo hasta una potencia máxima de bombeo de 300 mW con una tasa de repetición de 3,417 MHz.

En la figura 4a se muestra la característica típica en el dominio del tiempo del EDFL de modo bloqueado con una potencia máxima de LD de entrada de 300 mW. El tren de pulsos fue muy regular, con una tasa de repetición de pulsos de 3,417 MHz y un período de pulso de 292,6 ns, que corresponde a la longitud de la cavidad en el láser de erbio. El bloqueo de modo funcionaba de manera estable entre el rango de potencia de la bomba de 134 a 300 mW. La figura 4b ilustra la energía del pulso y la potencia de salida promedio frente a la potencia de entrada del LD. Con una potencia de bombeo de 300 mW, la energía de pulso máxima y la potencia de salida promedio se alcanzan en 5,87 nJ y 20,07 mW, respectivamente.

Característica de la operación EDFL de modo bloqueado (a) tren de pulsos en el dominio del tiempo, (b) Cambio de energía de pulso y potencia de salida con la potencia de la bomba (c) Espectro óptico y (d) Traza del autocorrelador.

El espectro óptico del EDFL de modo bloqueado a una potencia de bombeo de 300 mW se presenta en la Fig. 4c. El pulso de bloqueo de modo operó a una longitud de onda central de 1570,76 nm con un ancho de banda de 3 dB de 4,8 nm. Las bandas laterales de Kelly se observaron en el espectro de solitones. Esto era predecible ya que el EDFL con bloqueo de modo operaba en el régimen de dispersión anómalo que facilitaba la formación de pulsos de solitones a través de la modulación de fase propia (SPM) y la interacción GVD. Las ligeras caídas en la banda lateral se atribuyen al efecto de la mezcla de cuatro ondas (FWM) entre el solitón y la onda dispersiva inducida por el intercambio periódico de energía en la fibra láser40. Correspondía a las bandas laterales de Kelly que son visibles en ambos lados del espectro óptico, ya que el valor de dispersión total de la cavidad se midió en alrededor de − 1,43 \({\text{ps}}^{2}\). La traza de autocorrelación del láser de bloqueo de modo solitón se presenta en la Fig. 4d. El patrón de pulso sigue el perfil de pulso \({\text{sech}}^{2}\) con una duración de 710 fs y se midió un producto de ancho de banda de tiempo (TBP) de ~ 0,414, lo que indica que el pulso es ligeramente chirrió. Este chirrido puede deberse en parte a la dispersión de tercer orden. Otro factor puede ser el filtrado espectral a través del medio de ganancia de erbio no uniforme41. También observa que el cambio en la temperatura ambiente no tiene un impacto en el rendimiento de EDFL con bloqueo de modo.

La Figura 5a ilustra el espectro de RF de la operación EDFL de modo bloqueado a una potencia de entrada de 300 mW y un intervalo de frecuencia de 138 MHz. La frecuencia fundamental se registró en 3,417 MHz, que corresponde a la longitud de la cavidad del láser, y se estima con base en la ecuación \(\text{f=c/nL}\), ya que c es la velocidad de la luz, n es la índice de refracción de una fibra óptica, y L es la longitud de la cavidad. Como L es 60,7 m, c es 3 × 108 yn es 1,44 a 1500 nm, la frecuencia fundamental se estimó en 3,432 MHz. Los cálculos teóricos de la frecuencia corresponden a la frecuencia del trabajo experimental, que alcanzó unos 3.417 MHz. La SNR de 69 dB a 3,417 MHz demostró la estabilidad del funcionamiento del bloqueo de modo en la cavidad42. La evaluación a largo plazo de la operación EDFL de modo bloqueado se presenta en la Fig. 5b. El EDFL bloqueado en modo solitón estable se generó en el laboratorio durante un máximo de 2 h sin ninguna disminución notable del rendimiento del tren de pulsos y del espectro de RF. Los espectros de salida se tomaron cada 5 min durante un período total de 2 h, ya que la longitud de onda central, el ancho de banda de 3 dB y la longitud de onda máxima se operaron de manera constante a 1570,76 nm, 4,8 nm y − 32,34 dBm, respectivamente.

Rendimiento de EDFL de modo bloqueado con una longitud de cavidad de 60,7 m (a) espectro de RF y (b) estabilidad a largo plazo.

En el segundo experimento, se agregó SMF de 32 m de largo en la cavidad EDFL para formar la longitud de la cavidad de 42,7 m con una dispersión neta de la cavidad de - 1,02 \({\text{ps}}^{2}\). Se utilizó un acoplador de salida 90:10 en lugar de un acoplador 80:20 para obtener el resultado óptimo. El pulso de modo bloqueado se realizó como una potencia de LD de entrada de umbral más pequeña de 129 mW. La operación de bloqueo de modo se mantuvo hasta una potencia de bombeo de 295 mW. La figura 6a ilustra el tren de pulsos EDFL de modo bloqueado con una frecuencia de repetición de pulsos de 4,831 MHz a la potencia máxima de bombeo de 295 mW. El período del pulso se midió en alrededor de 207 ns, lo que coincide bien con la longitud de la cavidad. La frecuencia fundamental se estimó de acuerdo a la longitud de la cavidad que fue de aproximadamente 4,879 MHz con base en la ecuación anterior, ya que la longitud total de la cavidad fue de aproximadamente 41,7 m. La Figura 6b ilustra la energía del pulso y la potencia de salida de la operación EDFL de modo bloqueado tal como se representan frente a la potencia de entrada del LD. A medida que la potencia de la bomba aumentó de 129 a 295 mW, la energía del pulso aumentó de 1,94 a 3,27 nJ, mientras que la potencia de salida aumentó de 9,41 a 15,82 mW, respectivamente.

Características temporales y espectrales del pulso de solitón con una longitud de cavidad de 35 m (a) tren de pulsos típico, (b) energía del pulso y potencia de salida que cambia con la potencia de la bomba (c) espectro de salida y (d) traza del autocorrelador.

El espectro de salida de la operación EDFL de modo bloqueado se presenta en la Fig. 6c. El modo bloqueado se hizo funcionar a una longitud de onda central de 1570,3 nm con un ancho de banda de 3 dB de 5,6 nm. El láser operó a una longitud de onda más corta en comparación con la de la cavidad anterior debido al uso de una longitud de cavidad más corta y un acoplador 90:10, que a su vez reduce la pérdida total de la cavidad. La Figura 6d ilustra el seguimiento de la autocorrelación de la medición de la duración del pulso de la operación EDFL de modo bloqueado, ya que se obtuvo un ancho de pulso de 510 fs. Como se predijo, el ancho de pulso es más corto que el experimento anterior debido a que se registró un ancho de banda mayor de 3 dB. El TBP se calculó en ~ 0,35, que está más cerca del TBP limitado por transformación para \({\text{sech}}^{2}\) pulsos de 0,315 en comparación con la configuración anterior.

La Figura 7a ilustra el espectro de RF de la operación de bloqueo de modo. Muestra una frecuencia fundamental en 4.831 MHz. con SNR de 71 dB. La estabilidad de la operación del láser se investigó más a fondo realizando una observación de 120 min como se muestra en la Fig. 7b. La operación del láser se realizó de manera estable sin ninguna disminución notable del rendimiento del tren de pulsos y del espectro de RF.

Rendimiento de EDFL de modo bloqueado con una longitud de cavidad de 42,7 m (a) espectro de RF y (b) estabilidad a largo plazo.

En el tercer experimento, la longitud de la cavidad se reduce aún más a 33,7 m para mejorar el rendimiento de bloqueo de modo del láser. Se integró un SMF adicional de 20 m de largo en la cavidad del anillo láser para lograr la dispersión de la cavidad de − 0,84 \({\text{ps}}^{2}\). Se usó un acoplador de salida de 95:5 en la cavidad propuesta para reducir aún más la pérdida en la cavidad del láser y obtener un ancho de pulso más corto. Se produjo con éxito un pulso de solitón autoiniciado a la potencia de bombeo umbral de 124 mW. El láser operó a una tasa de repetición de pulso constante de 6,049 MHz entre una potencia de bombeo de 124 a 290 mW. La Figura 8a ilustra un tren de pulsos típico con una potencia de bombeo de 290 mW, lo que indica un tren de pulsos con bloqueo de modo idéntico sin inestabilidades ni distorsiones significativas. El período del pulso es de aproximadamente 165,3 ns, que corresponde a la longitud de la cavidad y la tasa de repetición. La energía del pulso y la potencia de salida promedio aumentaron linealmente con el aumento de la potencia de la bomba, como se registra en la Fig. 8b. A la potencia máxima de bombeo de 290 mW, la energía de pulso y la potencia de salida promedio se miden en 1,96 nJ y 11,89 mW, respectivamente.

Propiedades espectrales y temporales del pulso de solitón con una longitud de cavidad de 33,7 m (a) tren de pulso típico, (b) Energía del pulso y potencia de salida que cambian con la potencia de la bomba (c) longitud de onda del láser (d) traza del autocorrelador.

La figura 8c presenta el espectro óptico de salida con una potencia de bombeo de 290 mW. El láser operó como un espectro de solitones a una longitud de onda central de 1569,95 nm con un ancho de banda de 3 dB de 6,5 nm. El EDFL de modo bloqueado operó con una dispersión de cavidad anómala y fue probado por las bandas laterales de Kelly43. La longitud de onda del láser demostró bandas laterales de Kelly simétricas con una distancia a las longitudes de onda centrales de 2,9, 6,9 y 10,9 nm para el primer, segundo y tercer orden, respectivamente. La distancia está relacionada con la duración del pulso, la longitud de onda operativa y la dispersión neta total44. La figura 8d muestra la traza de autocorrelación con ajuste sech2 que tiene un ancho de pulso de 460 fs. El TBP es 0,363, que se está acercando al valor de transformación limitada de 0,315, lo que indica que el pulso emite un ligero chirrido.

El espectro de salida de RF se registró como se muestra en la Fig. 9a. La frecuencia fundamental del láser (6.049 MHz) tiene una muy buena relación señal-ruido (SNR) de ~ 75 dB, lo que verificó aún más la estabilidad del láser. La evaluación a largo plazo del funcionamiento del láser se presenta en la Fig. 9b. El EDFL con bloqueo de modo funcionó de manera estable en el laboratorio durante un máximo de 2 h sin ninguna disminución notable del rendimiento del tren de pulsos y del espectro de RF. Los espectros de salida se tomaron cada 5 min durante un período total de 2 h, ya que la longitud de onda central, el ancho de banda de 3 dB y la intensidad máxima del espectro se mantuvieron en 1569,95 nm, 6,5 nm y − 23,69 dBm, respectivamente.

Rendimiento de EDFL de modo bloqueado con una longitud de cavidad de 33,7 m (a) espectro de RF y (b) evaluación a largo plazo.

Todos los experimentos generaron trenes de pulsos estables con un rendimiento excelente para el desarrollo de láseres de bloqueo de modo de alta potencia. La Tabla 1 muestra las tres operaciones EDFL de bloqueo de modo basadas en la longitud de la cavidad y la relación del acoplador de salida. Los tres modos diferentes bloqueados han logrado un láser de salida de alta estabilidad con un rendimiento excelente. A partir de los experimentos, PEDOT: PSS ha demostrado tener una función SA excepcional para inducir láser ultrarrápido con buena estabilidad a largo plazo y reutilización en diferentes cavidades de dispersión.

A lo largo del desarrollo del absorbente saturable, se ha informado que muchos materiales inducen la operación de bloqueo de modo en el sistema láser de fibra, incluidos TMD45,46,47,48,49,50, TIs51,52,53, MXene54 y otros materiales emergentes55,56, 57,58. Estos materiales han demostrado la capacidad de inducir fenómenos ultrarrápidos, que van desde picosegundos hasta femtosegundos. En comparación con este trabajo, hemos logrado un ancho de pulso de 460 fs con una energía de pulso de 1,96 nJ. Aunque este no es el mejor resultado entre los trabajos reportados, es comparable a la mayoría de las literaturas reportadas. Más importante aún, PEDOT: PSS como miembro de la familia de OM, heredó características físicas excepcionales, incluida la estabilidad térmica y la capacidad de formación de películas. Los resultados informados en este trabajo demostraron el gran potencial de PEDOT: PSS como absorbente saturable. Por lo tanto, podría ser una alternativa como material absorbente saturable para satisfacer las diferentes necesidades de la industria.

Los láseres ultrarrápidos se demostraron con éxito usando PEDOT: SA basado en PSS en cavidades anulares operadas en una banda L. El primer SA se obtuvo incrustando PEDOT: PSS en una película de PVA. Tiene una profundidad de modulación del 50 % con una intensidad de saturación de 0,15 \({\text{M}}{\text{W/cm}}^{2}\). Se demostraron tres pulsos bloqueados en modo solitón diferentes basados ​​en tres longitudes de cavidad diferentes. El láser operó a una velocidad/ancho de repetición de pulso de 3,417 MHz/710 fs, 4,831 MHz/510 fs y 6,049 MHz/460 fs utilizando un acoplador óptico (OC)/longitud de cavidad de 20:80/60,7, 10:90 /42,7 y 5:95/33,7 m, respectivamente. Estos láseres produjeron pulsos de solitones estables que operaban a una longitud de onda central de alrededor de 1570 nm.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado [y sus archivos de información complementarios].

Lacot, E., Stoeckel, F. & Chenevier, M. Dinámica de un láser de fibra dopado con erbio. física Rev.A 49(5), 3997 (1994).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Zhang, J., Yue, CY, Schinn, GW, Clements, WR & Lit, JW Láser estable de fibra dopada con erbio de anillo compuesto monomodo. J. Tecnología de ondas de luz. 14(1), 104–109 (1996).

Artículo ADS CAS Google Académico

Najm, MM et al. Efecto del espesor de película delgada de carburo de aluminio y cromo de fase MAX en láseres de fibra dopados con erbio Q-switched. Optar. Tecnología de fibra. 70, 102853 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Wang, ZQ, Nithyanandan, K., Coillet, A., Tchofo-Dinda, P. y Grelu, P. Complejos moleculares de solitones ópticos en un láser de fibra bloqueado de modo pasivo. Nat. común 10(1), 1–11 (2019).

CAS Google Académico

Liu, G. et al. Láser de fibra dopada con erbio de modo bloqueado pasivo de longitud de onda única y dual basado en absorbente saturable de antimoneno. Fotón IEEE. J. 11(3), 1–11 (2019).

Google Académico

Kim, J., Koo, J. & Lee, JH Modulador acústico-óptico totalmente de fibra basado en una fibra óptica grabada en revestimiento para bloqueo de modo activo. Fotón. Res. 5(5), 391–395 (2017).

Artículo CAS Google Académico

Tiu, ZC, Tan, SJ, Zarei, A., Ahmad, H. y Harun, SW Láser de fibra dopada con erbio con polarización no lineal basada en rotación y modo bloqueado con tres estados de funcionamiento conmutables. Mentón. física Letón. 31(9), 094206 (2014).

Artículo ADS CAS Google Académico

Chernysheva, MA, Krylov, AA, Kryukov, PG y Dianov, EM Láser de fibra dopado con tulio de amplificación no lineal basado en espejo de bucle y modo bloqueado. Fotón IEEE. Tecnología Letón. 24(14), 1254–1256 (2012).

Artículo ADS CAS Google Académico

Ahmad, H., Aidit, SN, Ooi, SI & Tiu, ZC Láser de fibra de fluoruro de tulio bloqueado en modo con un ancho de pulso ajustable usando un espejo de bucle óptico no lineal. Electrón Cuántico. 49(2), 111 (2019).

Artículo ADS CAS Google Académico

Lv, Z. et al. Fuente de láser de iterbio de cavidad lineal de fibra con mantenimiento de polarización total y bloqueo de modo SESAM con filtro espectral como moldeador de pulso. Fisioterapia Láser. 28(12), 125103 (2018).

Artículo ADS CAS Google Académico

Zhang, ZY et al. Puntos cuánticos InAs/GaAs de 1,55 µm y láser de bloqueo de modo SESAM de punto cuántico de alta tasa de repetición. Informe científico 2(1), 1–5 (2012).

CAS Google Académico

Sobon, G., Sotor, J. & Abramski, KM La polarización total mantiene el modo láser de fibra dopado con Er de femtosegundo bloqueado por el absorbente saturable de grafeno. Fisioterapia Láser. Letón. 9(8), 581 (2012).

Artículo ADS CAS Google Académico

Li, X. et al. Nanotubos de carbono de pared simple y absorbentes saturables a base de óxido de grafeno para láseres de fibra con bloqueo de modo de bajo ruido de fase. ciencia Rep. 6(1), 1–9 (2016).

CAS Google Académico

Li, J. et al. Fósforo negro: un material de absorción saturable de dos dimensiones para láseres de fibra Q-Switched y Mode Locked de infrarrojo medio. ciencia Rep. 6(1), 1–11 (2016).

CAS Google Académico

Tiu, ZC, Ooi, SI, Guo, J., Zhang, H. y Ahmad, H. aplicación de dicalcogenuro de metal de transición en un sistema de láser de fibra pulsada. Mate. Res. Expreso 6(8), 082004 (2019).

Artículo ADS CAS Google Académico

Mao, D. et al. Modo pasivo de láser de fibra dopado con erbio bloqueado con nanoláminas WSe2/MoSe2 de pocas capas. ciencia Rep. 6(1), 1–9 (2016).

Artículo CAS Google Académico

Li, L. et al. Dicalcogenuros de metales de transición ternarios para láser de fibra ultrarrápida de solitón disipativo vectorial de alta potencia. Fotón láser. Rev. 16(2), 2100255 (2022).

Artículo ADS CAS Google Académico

Yan, P. et al. Un práctico absorbente saturable de aisladores topológicos para láser de fibra de modo bloqueado. ciencia Rep. 5(1), 1–5 (2015).

Google Académico

Liu, W. et al. Láser de fibra dopada con erbio de modo bloqueado de 70 fs con aislador topológico. ciencia Rep. 6(1), 1–7 (2016).

CAS Google Académico

Jhon, YI, Lee, J., Jhon, YM & Lee, JH Aisladores topológicos para bloqueo de modo de láseres de fibra de 2 μm. IEEE J. Sel. Arriba. Electrón Cuántico. 24(5), 1–8 (2018).

Artículo Google Académico

Bao, Q. et al. Grafeno de capa atómica como absorbente saturable para láseres pulsados ​​ultrarrápidos. Adv. Func. Mate. 19(19), 3077–3083 (2009).

Artículo CAS Google Académico

Kataura, H. et al. Propiedades ópticas de nanotubos de carbono de pared simple. sintetizador Reunió. 103(1–3), 2555–2558 (1999).

Artículo CAS Google Académico

Caporali, M. et al. Estabilidad ambiental mejorada del fósforo negro exfoliado mediante pasivación con nanopartículas de níquel. Nanotecnología 31(27), 275708 (2020).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Kurtner, FX, Der Au, JA y Keller, U. (1998). Bloqueo de modo con absorbentes saturables lentos y rápidos: ¿cuál es la diferencia? IEEE J. Sel. Temas Quantum Electron., 4(2), 159-168

Al-Hiti , AS , Yasin , M. , Tiu , ZC & Harun , SW Generación de pulsos de picosegundos de Soliton con PEDOT recubierto por rotación: película delgada de PSS . J. Lumin. Rev. 247, 118879 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Rwei, SP, Lee, YH, Shiu, JW, Sasikumar, R. & Shyr, UT Caracterización de PEDOT tratado con solvente: películas delgadas de PSS con conductividades mejoradas. Polímeros 11(1), 134 (2019).

Artículo PubMed Central CAS Google Académico

Zhang, J. et al. La hilatura en húmedo rápida y escalable de PEDOT altamente conductivo: las fibras PSS permiten aplicaciones versátiles. J.Mater. química A 7(11), 6401–6410 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Heeger, AJ Semiconductores y polímeros metálicos: la cuarta generación de materiales poliméricos (conferencia Nobel). Angew. química En t. ed. 40(14), 2591–2611 (2001).

3.0.CO;2-0" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F1521-3773%2820010716%2940%3A14%3C2591%3A%3AAID-ANIE2591%3E3.0.CO%3B2-0" aria-label="Article reference 28" data-doi="10.1002/1521-3773(20010716)40:143.0.CO;2-0">Artículo CAS Google Académico

Kirchmeyer, S. & Reuter, K. Importancia científica, propiedades y crecientes aplicaciones del poli (3,4-etilendioxitiofeno). J.Mater. química 15(21), 2077–2088 (2005).

Artículo CAS Google Académico

Kron, R. et al. Plásticos termoeléctricos: Del diseño a la síntesis, procesamiento y relaciones estructura-propiedad. química Soc. Rev. 45(22), 6147–6164 (2016).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zanela, J., Bilck, AP, Casagrande, M., Grossmann, MVE y Yamashita, F. Peso molecular y temperatura de extrusión del alcohol polivinílico (PVA) en láminas biodegradables de almidón/PVA. Polímeros 28, 256–265 (2018).

Artículo Google Académico

Ouyang, J. et al. Sobre el mecanismo de mejora de la conductividad en poli (3, 4-etilendioxitiofeno): película de poli (sulfonato de estireno) a través del tratamiento con solvente. Polímero 45(25), 8443–8450 (2004).

Artículo CAS Google Académico

Xia, Y. & Ouyang, J. PEDOT: Películas de PSS con conductividades significativamente mejoradas inducidas por solvatación preferencial con codisolventes y su aplicación en células fotovoltaicas poliméricas. J.Mater. química 21(13), 4927–4936 (2011).

Artículo CAS Google Académico

Abdullah, OG, Aziz, SB, Omer, KM & Salih, YM Reducción de la brecha de banda óptica del nanocompuesto basado en alcohol polivinílico (PVA). J.Mater. Sci.: Mater. Electrón. 26(7), 5303–5309 (2015).

CAS Google Académico

Sakunpongpitiporn, P., Phasuksom, K., Paradee, N. y Sirivat, A. Síntesis fácil de PEDOT altamente conductivo: PSS a través de plantillas de surfactantes. RSC Avanzado. 9(11), 6363–6378 (2019).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zhao, Y., Guo, P., Li, X. & Jin, Z. Aplicación de fotónica ultrarrápida de graphdiyne en la región de comunicación óptica. Carbono 149, 336–341 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Zhang, Y. et al. Nanopartículas de PbS para la generación de pulsos ultracortos en la región de comunicación óptica. Parte. Parte. sist. carácter 35(11), 1800341 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Liu, JS et al. Nanohojas de SnSe2 para la generación de pulsos bloqueados en modo armónico de subpicosegundos. Pequeño 15(38), 1902811 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Zhang, M. et al. Compuesto de MoS2-PVA procesado en solución para el bloqueo de modo de banda prohibida de un láser de fibra ultrarrápido sintonizable de banda ancha Er:. Nano Res. 8(5), 1522–1534 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Zhao, LM et al. Observación de bandas laterales tipo buzamiento en un láser de fibra de solitón. Óptica Comun. 283(2), 340–343 (2010).

Artículo ADS CAS Google Académico

Tamura, K., Nelson, LE, Haus, HA & Ippen, EP Operación con solitón versus sin solitón de láseres de anillo de fibra. aplicación física Letón. 64(2), 149–151 (1994).

Artículo ADS CAS Google Académico

Peccianti, M. et al. Demostración de un láser ultrarrápido estable basado en una microcavidad no lineal. Nat. común 3(1), 1–6 (2012).

Artículo CAS Google Académico

Lazaridis, P., Debarge, G. & Gallion, P. Producto de ancho de banda de tiempo de pulsos chirridos sech 2: aplicación a la medición del factor de acoplamiento de fase-amplitud. Optar. Letón. 20(10), 1160–1162 (1995).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Smith, NJ, Blow, KJ & Andonovic, I. Generación de banda lateral a través de perturbaciones al modelo de solitón promedio. J. Tecnología de ondas de luz. 10(10), 1329–1333 (1992).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Xu, N. et al. Diseleniuro de paladio como absorbedor saturable de absorción directa para operaciones ultrarrápidas en modo bloqueado: desde toda dispersión anómala hasta toda dispersión normal. Nanofotónica 9(14), 4295–4306 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Zhang, H. et al. Disulfuro de molibdeno (MoS 2) como absorbente saturable de banda ancha para fotónica ultrarrápida. Optar. Express 22(6), 7249–7260 (2014).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Wang, S. et al. Absorbedores saturables de MoS2 de pocas capas de banda ancha. Adv. Mate. 26(21), 3538–3544 (2014).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Lee, J., Koo, J., Lee, J., Jhon, YM y Lee, JH Láser de femtosegundo totalmente fibrado a 1912 nm con un absorbente saturable de MoSe 2 de tipo voluminoso. Optar. Mate. Express 7(8), 2968–2979 (2017).

Artículo ADS CAS Google Académico

Liu, S. et al. Láser de fibra de bloqueo de modo pasivo con absorbedor saturable WS2/SiO2 fabricado mediante la técnica sol-gel. Aplicación ACS. Mate. Interfaces. 12(26), 29625–29630 (2020).

CAS PubMed Google Académico

Lu, R. et al. Soliton y láser de fibra bloqueado en modo solitón de estado ligado basado en un absorbente saturable de película Langmuir-Blodgett de MoS 2/mica de flúor. Fotón. Res. 7(4), 431–436 (2019).

Artículo Google Académico

Xu, N., Ming, N., Han, X., Man, B. y Zhang, H. Láser de fibra dopado con Er de conmutación Q pasiva de gran energía basado en CVD-Bi 2 Se 3 como absorbente saturable. Optar. Mate. Express 9(2), 373–383 (2019).

Artículo ADS CAS Google Académico

Sotor, J. et al. Bloqueo de modo en láser de fibra dopada con Er basado en absorbente saturable Sb 2 Te 3 exfoliado mecánicamente. Optar. Mate. Express 4(1), 1–6 (2014).

Artículo ADS CAS Google Académico

Zhao, C. et al. Generación de pulsos ultracortos por un absorbente saturable basado en un aislador topológico. aplicación física Letón. 101(21), 211106 (2012).

Artículo ADS CAS Google Académico

Jhon, YI et al. Absorbedor saturable MXene metálico para láseres de bloqueo de modo de femtosegundos. Adv. Mate. 29(40), 1702496 (2017).

Artículo CAS Google Académico

Xu, N. et al. Absorbedor saturable basado en telureno para demostrar solitones disipadores de gran energía y generaciones de pulsos similares al ruido. Nanofotónica 9(9), 2783–2795 (2020).

Artículo Google Académico

Shang, X., Guo, L., Zhang, H., Li, D. y Yue, Q. Absorbedor saturable basado en disulfuro de titanio para generar láseres de fibra ultrarrápidos con bloqueo de modo pasivo y conmutación Q. Nanomateriales 10(10), 1922 (2020).

Artículo CAS PubMed Central Google Académico

Luo, ZC et al. Absorbedor saturable de fósforo negro de pocas capas a base de microfibra para láser de fibra ultrarrápido. Optar. Express 23(15), 20030–20039 (2015).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Zhang, M. et al. Absorbedores saturables de fósforo negro 2D para fotónica ultrarrápida. Adv. Optar. Mate. 7(1), 1800224 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Descargar referencias

Departamento de Ingeniería Eléctrica, Facultad de Ingeniería, Universidad de Malaya, 50630, Kuala Lumpur, Malasia

Ahmed Shakir Al-Hiti y SW Harun

Facultad de Ingeniería y Agrimensura, Universidad Internacional INTI, 71800, Nilai, Negeri Sembilan, Malasia

Zian Cheak Tiu

Departamento de Física, Facultad de Ciencia y Tecnología, Universidad Airlangga, Surabaya, 60115, Indonesia

M. Yasin y SW Harún

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

Todos los autores tienen la misma contribución en este manuscrito.

Correspondencia a Zian Cheak Tiu o SW Harun.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Al-Hiti, AS, Tiu, ZC, Yasin, M. et al. Láser de fibra ultrarrápido a 1570 nm basado en material orgánico como absorbente saturable. Informe científico 12, 13288 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-17724-9

Descargar cita

Recibido: 17 mayo 2022

Aceptado: 29 de julio de 2022

Publicado: 02 agosto 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-17724-9

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y Pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.