Laser a fibra ultraveloce a 1570 nm a base di materiale organico come assorbitore saturabile

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 13288 (2022) Citare questo articolo

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In questo lavoro, abbiamo dimostrato il poli (3,4-etilendiossitiofene): poli (stirenesolfonato) (PEDOT: PSS) come assorbitore saturabile (SA) per produrre operazioni di blocco della modalità in diverse lunghezze di laser a fibra drogata con erbio (EDFL). Il PEDOT: PSS è stato incorporato nell'alcool polivinilico per formare una pellicola sottile che funge da assorbitore nella configurazione del laser. I tre diversi EDFL con modalità bloccata sono stati dimostrati con successo con diversa lunghezza della cavità e rapporto dell'accoppiatore di uscita. La frequenza/larghezza di ripetizione dell'impulso di 3,417 MHz/710 fs, 4,831 MHz/510 fs e 6,049 MHz/460 fs è stata ottenuta utilizzando un accoppiatore ottico/una lunghezza della cavità di 20:80/60,7 m, 10:90/42,7 m e 5:95/33,7 m, rispettivamente. Tutti gli esperimenti hanno generato un funzionamento stabile e bloccato in modalità a una lunghezza d'onda centrale di 1570,76 nm, 1570,3 nm e 1569,95 nm con una larghezza di banda di 3 dB di 4,8 nm, 5,6 nm e 6,5 nm, rispettivamente. La stabilità a lungo termine dei laser a fibra ultraveloci è stata studiata per ciascuna configurazione per 120 minuti. Il PEDOT proposto: PSS si è dimostrato un materiale promettente per indurre l'operazione di blocco della modalità in diverse configurazioni di laser a fibra.

Una varietà di sistemi fotonici come l'ottica non lineare e il Seeing interamente in fibra sono stati rivoluzionati con le caratteristiche distintive dei laser a fibra drogata con erbio (EDFL). L'enorme crescita degli interessi di ricerca sugli EDFL è attribuita alla loro capacità di produrre uscite sintonizzabili con una perfetta qualità del fascio, bassa perdita di inserzione, elevata potenza di uscita e larghezza di linea ridotta1,2. Questi laser a fibra possono funzionare sia in modalità a impulsi che in onda continua (CW). Gli EDFL pulsati si riferiscono a laser ultraveloci con potenza di picco elevata, che funzionano in modalità Q-switching3 o mode-locking4. Gli EDFL mode-locked sono stati ampiamente utilizzati in applicazioni di comunicazione ottica ad alta capacità grazie alla loro capacità distintiva di produrre impulsi a femtosecondi attraverso tecniche attive o passive5. La tecnica attiva richiedeva modulatori esterni e componenti elettronici, come modulatori fotoelettrici e ottiche acustiche6, che rendono il sistema poco flessibile e costoso. Mentre la tecnica passiva fornisce una soluzione più ermetica e diversificata. Gli assorbitori saturabili (SA) sono una chiave per generare laser ultraveloci nella tecnica passiva che può essere classificata in SA reali e artificiali. Le SA artificiali sono la formazione di componenti ottici, come l'evoluzione della polarizzazione non lineare (NPE)7, gli specchi ad anello di amplificazione non lineare (NALM)8 e gli specchi ad anello ottico non lineare (NOLM)9. Le SA artificiali richiedevano la formazione di più componenti ottici e sensibilità alle perturbazioni ambientali, che ne limitavano la fattibilità. Gli specchi assorbitori saturabili a semiconduttori (SESAM)10 sono stati utilizzati come veri e propri SA. Sfortunatamente, i SESAM presentano numerosi inconvenienti, tra cui costi elevati, larghezza di banda operativa ridotta, soglia di danno bassa e configurazione complessa11. Pertanto, i materiali emergenti SA stanno diventando il principale obiettivo della ricerca per indurre fenomeni ultraveloci nei sistemi laser a fibra. Esistono molti materiali bidimensionali (2D) e sono stati proposti come SA per generare laser pulsato, tra cui grafene12, nanotubi di carbonio (CNT)13, fosforo nero (BP)14, dicalcogenuri di metalli di transizione (TMD)15,16, 17 e isolanti topologici (TI)18,19,20. Questi materiali hanno dimostrato un grande potenziale come SA con le loro eccezionali prestazioni in termini di assorbimento21, dimensione22, stabilità chimica23 e tempo di recupero24. Recentemente, i materiali organici (OM) sono stati evidenziati come nuovi materiali emergenti, che mostrano grande flessibilità, stabilità termica e capacità di formare film. Queste proprietà consentono l'utilizzo degli OM in tecnologie all'avanguardia. Non sorprende che l’applicazione OM si stia estendendo alle applicazioni laser ultraveloci. Ad esempio, è stato segnalato che il polimero del poli (3,4-etilendiossitiofene) polistirene solfonato (PEDOT: PSS), un membro dell'OM, ​​induce un impulso di picosecondi nel sistema laser a fibra25. Tuttavia, lo studio del potenziale dell'OM di indurre laser ultraveloci è ancora limitato rispetto ad altri materiali emergenti.