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May 15, 2023

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

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 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 travamento de modo em diferentes comprimentos de laser de fibra dopada com érbio (EDFL). O PEDOT: PSS foi incorporado ao álcool polivinílico para formar um filme fino que atua como um absorvedor na configuração do laser. Os três diferentes EDFL de modo bloqueado foram demonstrados com sucesso com diferentes comprimentos de cavidade e taxa de acoplador de saída. A taxa de repetição de pulso/largura de 3,417 MHz/710 fs, 4,831 MHz/510 fs e 6,049 MHz/460 fs foram obtidas utilizando acoplador óptico/comprimento da 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 bloqueada 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 por 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 a óptica não linear e a visão totalmente em fibra, foram revolucionados com características distintas de 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 estreita1,2. Esses lasers de fibra podem ser operados em modo de pulso ou onda contínua (CW). Os EDFLs pulsados ​​referem-se a lasers ultrarrápidos com alta potência de pico, operam em 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 por meio de técnicas ativas ou passivas5. A técnica ativa requer moduladores externos e componentes eletrônicos, como moduladores fotoelétricos e ótica acústica6, que tornam o sistema inflexível e caro. Enquanto a técnica passiva fornece uma solução mais hermética e diversificada. Absorventes saturáveis ​​(SAs) são uma 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 lineares (NALMs)8 e espelhos de loop óptico não lineares (NOLMs)9. SAs artificiais exigiam a formação de múltiplos componentes ópticos e sensibilidade à perturbação ambiental, o que limitava sua viabilidade. Espelhos absorvedores saturáveis ​​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, SAs de materiais emergentes se tornam o principal foco de pesquisa para induzir o fenômeno ultrarrápido no sistema de laser de fibra. Existem muitos materiais bidimensionais (2D) e emergentes propostos como SAs para gerar laser pulsado, incluindo grafeno12, nanotubos de carbono (CNTs)13, fósforo preto (BP)14, dicalcogenetos de metais de transição (TMDs)15,16, 17, e isoladores topológicos (ITs)18,19,20. Esses materiais provaram ter um grande potencial como SA com seu desempenho excepcional em absorção21, tamanho22, estabilidade química23 e tempo de recuperação24. Recentemente, os Materiais Orgânicos (MOs) têm se destacado como novos materiais emergentes, que apresentam grande flexibilidade, estabilidade térmica e capacidade de formação de filme. Essas propriedades permitem o uso de OMs em tecnologias de ponta. Sem surpresa, o aplicativo OM está se estendendo para aplicações de laser ultrarrápido. Por exemplo, o polímero de poli (3,4-etilenodioxitiofeno) sulfonato de poliestireno (PEDOT: PSS), um membro da OM, foi relatado para induzir pulso de picossegundos no sistema de laser de fibra25. No entanto, a investigação do potencial do OM para induzir laser ultrarrápido ainda é pequena em comparação com outros materiais emergentes.