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

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

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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 un absorbente en la configuración del láser. Los tres EDFL con bloqueo de modo diferente se demostraron con éxito con diferentes longitudes de cavidad y relaciones de acoplador de salida. La frecuencia/ancho de repetición del pulso de 3,417 MHz/710 fs, 4,831 MHz/510 fs y 6,049 MHz/460 fs se obtuvieron utilizando un acoplador óptico/longitud de cavidad 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. La estabilidad a largo plazo de los láseres de fibra ultrarrápidos se investigó para cada configuración durante 120 minutos. El PEDOT: PSS propuesto 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 visión totalmente de fibra, se han revolucionado con las características distintivas de los láseres de fibra dopados con erbio (EDFL). El tremendo crecimiento de los intereses de investigación en EDFL se atribuye a su capacidad para producir resultados sintonizables con una calidad de haz perfecta, baja pérdida de inserción, alta potencia de salida y ancho de línea estrecho1,2. Estos láseres de fibra pueden funcionar en modo de pulso o de onda continua (CW). Los EDFL pulsados se refieren a láseres ultrarrápidos con alta potencia máxima, funcionan en modo Q-switching3 o modo-locking4. Los EDFL de modo bloqueado se han utilizado ampliamente en aplicaciones de comunicaciones ópticas de alta capacidad debido a su capacidad distintiva para producir pulsos de femtosegundos mediante técnicas activas o pasivas5. La técnica activa requería moduladores externos y componentes electrónicos, como moduladores fotoeléctricos y ópticas acústicas6, 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 lineales (NALM)8 y los espejos de bucle ópticos no lineales (NOLM)9. Las SA artificiales requirieron la formación de múltiples componentes ópticos y sensibilidad a las perturbaciones ambientales, lo que limitó su viabilidad. Se han utilizado espejos absorbentes saturables de semiconductores (SESAM)10 como SA reales. Desafortunadamente, los SESAM adolecen de 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 materiales SA emergentes se convierten en el principal foco de investigación para inducir fenómenos ultrarrápidos en sistemas láser de fibra. Hay muchos materiales bidimensionales (2D) y se han propuesto materiales emergentes 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 (TI) 18,19,20. Estos materiales han demostrado un gran potencial como SA con su desempeño 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 de láser ultrarrápido. Por ejemplo, se ha informado que el polímero de poli(3,4-etilendioxitiofeno)poliestireno sulfonato (PEDOT: PSS), un miembro de OM, induce un pulso de picosegundos en un sistema de láser de fibra25. Sin embargo, la investigación del potencial de la OM para inducir un láser ultrarrápido aún es escasa en comparación con otros materiales emergentes.

En este experimento, demostramos un PEDOT: SA basado en PSS como modulador pasivo para generar una operación de bloqueo de modo en la región de banda L de EDFL. El PEDOT: PSS SA se fabricó incorporando polvo de PEDOT: PSS dentro de un polímero huésped de alcohol polivinílico (PVA). Debido a la flexibilidad física, las características 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 un modo estable bloqueado en diferentes configuraciones 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 utilizados debido a su estabilidad en el aire, resistencia a la humedad y alta conductividad. También se puede polimerizar a partir de 3,4-etilendioxitiofeno (EDOT) de forma electroquímica o química. 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 poli(estirenosulfonato) (PSS) de polielectrolito acuático, será dispersable en agua con un buen formato de película. características, estable y fácil de fabricar. El PSS actúa como un molde mediante contraión de equilibrio de carga y polimerización que mantiene dispersos los segmentos de PEDOT catiónicos en un medio acuoso. La naturaleza hidrófila del PSS y del PEDOT hidrófobo condujeron a la estructura núcleo-capa 29,30. El peso molecular de PSS y PEDOT es de aproximadamente 400.000 g/mol y 1.000-2.500 g/mol, respectivamente. El PVA es un material polimérico que tiene características únicas y excelentes, como ser biodegradable, no tóxico 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 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 desionizada con agitación en un agitador ultrasónico durante aproximadamente 120 min. Luego, se preparó una solución de la mezcla PEDOT: PSS PVA sobre 5 ml de la solución PVA después del proceso de fabricación en solución PEDOT: PSS agitando a 45 °C durante ~ 180 min. Finalmente, la mezcla de 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 aproximadamente 50 µm. En este trabajo se preparó PEDOT:PSS en diferentes tiempos de agitación y con diferentes relaciones en 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 PEDOT:PSS se distribuyeron homogéneamente con PVA dentro de un rango de 100 µm. Se descubrieron pequeñas partículas que pertenecen al PEDOT: polvo de aglomeración de PSS. El recuadro es una imagen SEM tomada con un aumento mayor 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. Se mide que el espesor de la película SA es de aproximadamente 50 µm. Tiene una pérdida de inserción de aproximadamente 0,5 dB con una pérdida dependiente de la polarización (PDL) insignificante. Utilizamos 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 amplios y asimétricos centrados en 216 nm, 302 nm y 384 nm, respectivamente. Estos picos corresponden a la transición \(\pi \to {\pi }^{*}\) de moléculas de PSS, PVA y PEDOT debido a enlaces insaturados32,33. La banda prohibida óptica (Eg) de la película SA se puede calcular basándose en la ecuación (αhv)2 = B(hv-Eg), ya que n es igual a 2 para la transición directa, α es el coeficiente de absorción, B es constante relativa 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 mediante 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 al 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 del PEDOT: PSS PVA se investigó utilizando un método de medición de transmisión estándar de 2 brazos. Se utilizó un láser de modo estable estable como fuente pulsada que opera 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 pulso fue amplificada por EDFA y conectada a un atenuador para alterar la potencia de salida del láser. Luego, se utilizó el acoplador de 3 dB para dividir la potencia de salida. Se utilizó un puerto como referencia y otro puerto para la medición de la 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 mayor que la de otros trabajos recientes36,37,38 como se muestra en la Fig. 2c.

En esta sección, se demostraron EDFL con modo bloqueado en 3 longitudes de cavidad y relaciones de acoplador de salida diferentes. 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 la colocación de electrones en la banda de energía de menor ocupación durante el proceso de inversión de la población e induce láser a longitudes de onda más largas. Se utilizó un diodo láser de 980 nm para bombear el EDF a través de WDM. Generó fotones que oscilaron en la cavidad para formar un láser y salieron a través del acoplador de salida. Se utilizó un aislador para garantizar que la luz láser unidireccional se propagara hacia la cavidad del anillo. Se utilizó 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 integraron SMF adicionales de 50, 32 y 20 m de largo en la cavidad del láser anular para tres experimentos. Se utilizaron 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 de 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 longitud de onda. Mientras que el medidor de potencia óptica se utilizó para medir la potencia de salida de la operación del láser de fibra pulsada. Se utilizó un autocorrelador (APE PulseCheck) para medir la duración del pulso de los pulsos en modo bloqueado.

Configuración láser de la operación EDFL en modo bloqueado.

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

La característica típica del dominio del tiempo del EDFL con modo bloqueado a una potencia LD de entrada máxima de 300 mW se muestra en la Fig. 4a. El tren de impulsos era muy regular, con una frecuencia de repetición de impulsos de 3,417 MHz y un período de impulso de 292,6 ns, que corresponde a la longitud de la cavidad del láser de erbio. El bloqueo de modo funcionó 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 versus la potencia LD de entrada. Con una potencia de bomba de 300 mW, la energía máxima del pulso y la potencia de salida promedio se alcanzan en 5,87 nJ y 20,07 mW, respectivamente.

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

El espectro óptico del EDFL de modo bloqueado con una potencia de bomba 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 de modo bloqueado operaba en el régimen de dispersión anómalo que facilitaba la configuración del pulso de solitón a través de la modulación de autofase (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 el láser de fibra40. Correspondía a las bandas laterales de Kelly que son visibles en ambos lados del espectro óptico, ya que se midió que el valor de dispersión total de la cavidad era de 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 afecta el rendimiento del EDFL en modo bloqueado.

La Figura 5a ilustra el espectro de RF del funcionamiento de EDFL con modo bloqueado a una potencia de entrada de 300 mW y un rango de frecuencia de 138 MHz. Se registró que la frecuencia fundamental era 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 y n 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 aproximadamente 3,417 MHz. La SNR de 69 dB a 3,417 MHz demostró la estabilidad del bloqueo de modo operativo en la cavidad42. La evaluación a largo plazo del funcionamiento de EDFL en modo bloqueado se presenta en la Fig. 5b. El EDFL estable bloqueado en modo solitón se generó en el laboratorio durante hasta 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 minutos 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 operaron de manera constante a 1570,76 nm, 4,8 nm y − 32,34 dBm, respectivamente.

Rendimiento EDFL con 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 añadió SMF de 32 m de largo a la cavidad EDFL para formar una longitud de 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 un umbral de potencia LD de entrada más pequeño de 129 mW. La operación de bloqueo de modo se mantuvo hasta una potencia de bomba de 295 mW. La Figura 6a ilustra el tren de pulsos EDFL de modo bloqueado con una tasa de repetición de pulsos de 4,831 MHz a la potencia máxima de bomba de 295 mW. El período del pulso se midió en aproximadamente 207 ns, lo que coincide bien con la longitud de la cavidad. La frecuencia fundamental se estimó según la longitud de la cavidad, que era de aproximadamente 4,879 MHz según la ecuación anterior, ya que la longitud total de la cavidad era de aproximadamente 41,7 m. La Figura 6b ilustra la energía del pulso y la potencia de salida de la operación EDFL con modo bloqueado tal como se representan frente a la potencia LD de entrada. 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 cambian 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 operó 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, lo que a su vez reduce la pérdida total de la cavidad. La Figura 6d ilustra el seguimiento de autocorrelación de la medición de la duración del pulso de la operación EDFL con modo bloqueado, ya que el ancho del pulso se obtuvo de 510 fs. Como se predijo, el ancho del pulso es más corto que en el experimento anterior debido a que se registró un ancho de banda mayor de 3 dB. Se calculó que el TBP era ~ 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 modo bloqueado. Muestra una frecuencia fundamental de 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 minutos 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 EDFL con 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 del bloqueo de modo del láser. Se integró un SMF adicional de 20 m de largo en la cavidad del anillo láser para lograr una dispersión de la cavidad de − 0,84 \({\text{ps}}^{2}\). Se utilizó 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 con una potencia umbral de bomba de 124 mW. El láser funcionó a una tasa de repetición de pulso constante de 6,049 MHz entre una potencia de bomba de 124 a 290 mW. La Figura 8a ilustra un tren de pulsos típico con una potencia de bomba de 290 mW, lo que indica un tren de pulsos de modo bloqueado idéntico sin inestabilidades ni distorsiones significativas. El período del pulso es de aproximadamente 165,3 ns, lo que corresponde a la longitud de la cavidad y la frecuencia 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. Con la potencia máxima de la bomba de 290 mW, la energía del 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 pulsos 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 bomba de 290 mW. El láser operó como espectro de solitón a una longitud de onda central de 1569,95 nm con un ancho de banda de 3 dB de 6,5 nm. El EDFL con modo bloqueado funcionó con una dispersión anómala de la cavidad y lo demostró Kelly sidebands43. 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 el trazo de autocorrelación con ajuste sech2 que tiene un ancho de pulso de 460 fs. El TBP es 0,363, que se acerca al valor limitado por transformación 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 modo bloqueado funcionó de manera estable en el laboratorio durante hasta 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 minutos 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 EDFL con 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 modo bloqueado de alta potencia. La Tabla 1 muestra las tres operaciones de EDFL con bloqueo de modo según la longitud de la cavidad y la relación del acoplador de salida. Los tres modos diferentes bloqueados han logrado una salida láser de alta estabilidad con un rendimiento excelente. A partir de los experimentos, PEDOT: PSS ha demostrado ser una función SA excepcional para inducir un 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 sistemas 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 su capacidad para 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 película. Los resultados reportados 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 atender las diferentes necesidades de la industria.

Los láseres ultrarrápidos se demostraron con éxito utilizando PEDOT: SA basado en PSS en cavidades anulares operadas en una banda L. El primer SA se obtuvo incorporando 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 diferentes bloqueados en modo solitón en función de tres longitudes de cavidad diferentes. El láser funcionó a una frecuencia/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 complementaria].

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Descargar referencias

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Ahmed Shakir Al-Hiti y SW Harun

Facultad de Ingeniería y Topografía, Universidad Internacional INTI, 71800, Value, Negeri Sembilan, Malasia

Zian Cheak Tiu

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

M. Yasin y SW Harun

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Todos los autores tienen igual contribución en este manuscrito.

Correspondencia a Zian Cheak Tiu o SW Harun.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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

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Recibido: 17 de mayo de 2022

Aceptado: 29 de julio de 2022

Publicado: 02 de agosto de 2022

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

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