Mejorar la estabilidad del erbio - Changchun ClearFrontier Technologies Group Co., Ltd.

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 20267 (2022) Citar este artículo

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En este artículo, presentamos el rendimiento y la estabilidad de un láser de fibra dopada con erbio (EDFL) basado en un absorbente saturable (SA) de ZnO preparado mediante dos esquemas: método de solución (SM) y técnica de deposición de láser pulsado (PLDT). Se observó que EDFL con ZnO-SA preparado usando SM emite a 1561,25 nm bajo una potencia de bombeo de 230 mW. A medida que la potencia de la bomba aumenta de 22,2 mW a 75,3 mW, la duración del pulso disminuye de 24,91 a 10,69 µs y las tasas de repetición del pulso aumentan de 11,59 a 40,91 kHz. Además de una potencia de bombeo de 75,3 mW, la potencia máxima, la energía del pulso y la potencia de salida promedio se miden como 0,327 mW, 2,86 nJ y 0,18 mW, respectivamente. Sin embargo, cuando se incorporó SA basado en PLDT en la cavidad del anillo, la longitud de onda de emisión se observó en 1568,21 nm con una potencia de bombeo de 230 mW. Con el aumento de la potencia de la bomba de 22,2 mW a 418 mW, las tasas de repetición de pulso aumentan de 10,79 a 79,37 kHz y el ancho de pulso disminuye de 23,58 a 5,6 µs. Además, se observa que la potencia máxima, la energía del pulso y la potencia de salida promedio son 10,9 mW, 74 nJ y 5,35 mW, respectivamente. También se ha investigado la estabilidad de EDFL basado en SA preparados con SM y PLDT. Según el conocimiento del autor, es la primera comparación de rendimiento y estabilidad a largo plazo de EDFL basada en dos técnicas experimentales SM y SA basadas en PLDT. Estos hallazgos sugieren que los SA basados en PLDT brindan una estabilidad óptima durante un período prolongado y mejoran el rendimiento de los láseres de fibra en comparación con los SA preparados con la técnica SM convencional. Este estudio allana el camino para el desarrollo de SA ultraestables para sus aplicaciones potenciales en fuentes de láser pulsado y dispositivos fotónicos.

Los láseres de fibra pulsada han atraído mucha atención en los últimos años debido a sus posibles aplicaciones en espectroscopia, procesamiento de materiales, micromecanizado, medicina y telecomunicaciones1,2,3. Para la formación de pulsos en los láseres, se inserta un absorbente saturable (SA) en la cavidad que modula las pérdidas ópticas que tienen aplicaciones importantes en la conmutación Q y el bloqueo de modo de los láseres. Por lo tanto, SA es un componente clave para lograr una operación de pulso ultracorto de los láseres de fibra. Se han implementado una variedad de SA, como nanotubos de carbono4,5, grafeno6, SA basados en películas de óxido7,8, espejos absorbentes saturables de semiconductores (SESAM)9,10 y aisladores topológicos11,12 en láseres de fibra y cavidades para el modo pasivo. -Generación de impulsos bloqueados. Entre las películas de óxido, el material ZnO se considera un material viable debido a sus características eléctricas y ópticas. ZnO tiene una banda prohibida directa de 3,37 eV13, estabilidad térmica, química y mecánica óptima, voltaje de umbral bajo y tiempo de recuperación ultrarrápido14,15,16,17. Debido a estas interesantes características, el ZnO tiene aplicaciones potenciales en dispositivos optoelectrónicos de longitud de onda corta, diodos láser ultravioleta (UV) y diodos emisores de luz18. Más recientemente, los SA basados en ZnO en láseres de fibra dopada con erbio/iterbio han atraído mucho la atención de los investigadores. Las características fundamentales de un SA ideal son su estabilidad a largo plazo, alto umbral de daño, rápido tiempo de recuperación, baja intensidad de saturación, profundidad de modulación óptima y facilidad de fabricación e implementación en la cavidad del láser. La alineación óptica complicada, la estabilidad, los procesos de fabricación complejos y la sensibilidad ambiental restringen las aplicaciones prácticas de los SA para la operación de conmutación Q y bloqueo de modo. Se han propuesto y demostrado muchas técnicas experimentales, como la deposición de nanopartículas en una férula de fibra19,20, el método de solución (SM)21,22,23 y la técnica de deposición de láser pulsado (PLDT)24,25, para fabricar SA en cavidades láser para Q -conmutación y bloqueo de modo de pulsos ópticos. Sin embargo, los SA preparados con técnicas convencionales como SM y técnicas basadas en nanopartículas son muy inestables y difíciles de alinear dentro de la cavidad del láser, ya que son sensibles al medio ambiente y tienen un umbral de daño bajo. En la literatura, se informó la estabilidad a corto plazo de EDFL y se midió la potencia de salida de los espectros ópticos durante 30–60 min26,27,28,29. La estabilidad de tiempo a corto plazo limita las aplicaciones prácticas de los láseres de fibra pulsada donde se requiere una operación de pulso constante y estable durante mucho tiempo. Para abordar este desafío, primero medimos la estabilidad de nuestro EDFL propuesto en términos de voltaje pico a pico (VP-P) de la operación de pulso de salida durante 5 horas continuas. Además, es muy deseable una comparación de varias técnicas experimentales propuestas para identificar el mejor enfoque para la fabricación de SA altamente estables para láseres de fibra que sean fáciles de alinear y proporcionen un alto umbral de daño dentro de las cavidades del láser.

En este documento, comparamos el rendimiento y la estabilidad de EDFL con conmutación de Q basado en ZnO-SA preparado con SM y PLDT. Se identificó la técnica que da como resultado el mejor rendimiento, la estabilidad óptima y un alto umbral de daño. Este estudio sugiere que EDFL basado en SA fabricado con PLDT produce la duración de pulso más estrecha, tasas de repetición más altas y una potencia de salida promedio alta en comparación con SA preparado con la técnica SM. Además, se infiere que los SA basados en PLDT proporcionan un gran umbral de daño y una operación de pulso de salida ultraestable durante mucho tiempo en comparación con el preparado con la técnica SM. En contraste con los informes anteriores sobre la estabilidad de EDFL, se ha discutido la estabilidad (VP-P) de la operación pulsada.

En el presente trabajo, la película delgada de ZnO se deposita directamente sobre una férula de fibra utilizando un sistema PLD. La interacción entre el láser y el objetivo gobierna el proceso de deposición. Un rayo láser de alta energía se enfoca en un material objetivo dentro de la cámara PLD. Cuando el rayo láser incide en el objetivo, se forma una columna de plasma visible que se expande en los alrededores según el principio de la termodinámica y se deposita sobre un sustrato en una o más orientaciones cristalográficas. La ablación con láser es la parte más atractiva de esta técnica, ya que mantiene la estequiometría del material objetivo. Al mantener el objetivo y el sustrato relativamente en reposo, se forma una película no uniforme a medida que se extiende perpendicularmente al sustrato. Sin embargo, para obtener una película delgada uniforme, tanto el objetivo como el sustrato se giran en direcciones opuestas entre sí. La técnica PLD se reconoce principalmente para la fabricación de heteroestructuras, pero ahora se puede usar para controlar y hacer crecer películas delgadas de tamaño nanométrico.

Aquí, se utilizó el cuarto armónico de un láser Nd:YAG que emite a 266 nm para la ablación del objetivo de ZnO. Un rayo láser de 10 mJ se enfocó en el objetivo dentro de la cámara PLD y el objetivo (ZnO) se giró continuamente para evitar la creación de un cráter. La férula de fibra se instaló frente al objetivo a una distancia de 3 cm. La deposición se realizó a una velocidad de 0,05 nm/s y el espesor de la película se controló utilizando una microbalanza de cristal de cuarzo (QCM) que ya ha sido validada y calibrada utilizando la sección transversal SEM30. La temperatura del sustrato (virola de fibra) se mantuvo a 25 °C con un vacío de fondo de 2 × 10–6 mbar. Usando la técnica PLD, se depositó una película delgada de ZnO de 400 nm de espesor directamente sobre la férula de fibra. En la Fig. 1a,b, se muestra una férula de fibra sin ningún SA depositado en una férula de fibra y con una película delgada de ZnO depositada usando PLDT, respectivamente. Estas imágenes fueron registradas utilizando el microscopio digital (Inskam).

Férula de fibra (a) sin SA y (b) con depósito de película delgada de ZnO usando PLDT.

El proceso de fabricación de la película delgada de ZnO se muestra en la Fig. 2. Para integrar el SA basado en película delgada de ZnO dentro de la cavidad del láser, las nanoestructuras de ZnO se incrustaron en la película delgada basada en polímero. Las nanopartículas de ZnO se compraron de Sigma-Aldrich (EE. UU.) y el tamaño de las partículas de ZnO se estimó en el rango de ≤ 50 nm. En primer lugar, se preparó el alcohol polivinílico (PVA) como polímero huésped mediante la adición de 1 g de polvo de PVA en 100 ml de agua destilada. Para disolver completamente el PVA en el agua destilada, la mezcla se agitó magnéticamente a una temperatura de 25 °C. Posteriormente, se añadieron 10 mg de nanopartículas de ZnO a 20 ml de la suspensión de PVA disuelta. Finalmente, la solución de ZnO-PVA se vertió en una placa petri y se dejó secar durante 1 día a temperatura ambiente para el desarrollo de la película delgada que se usará como SA pasivo. Luego se cortó una pequeña área de la película y luego se unió a la superficie de la férula de fibra. La férula de fibra sin SA y con película delgada SA se muestra en la Fig. 3a,b, respectivamente.

El proceso de fabricación de película delgada de ZnO-PVA utilizando la técnica SM.

(a) Virola de fibra sin depósito de película delgada y (b) con depósito de película delgada de ZnO utilizando la técnica SM.

El espectro de fotoluminiscencia (PL) a temperatura ambiente de la película delgada de ZnO depositada se muestra en la Fig. 4a. Se utilizó un haz de láser de nitrógeno (NL100) que emite a una longitud de onda de 337 nm, con una energía de pulso de 170 µJ y una duración de pulso de 3,5 ns, como fuente de excitación para la fotoluminiscencia. El pico que aparece alrededor de 390 nm se correlaciona con la recombinación de excitón libre o las colisiones de excitón-excitón denominadas emisión UV NBE (borde cercano a la banda).

( a ) PL y ( b ) espectros Raman de película delgada de ZnO.

La espectroscopia Raman de la película delgada de ZnO depositada se realizó utilizando el Ava Raman con láser de 532 nm con una potencia máxima de 50 mW. La figura 4b muestra el espectro Raman de la película delgada de ZnO depositada en la punta de la férula de fibra. Los picos espectroscópicos con cambio de longitud de onda y sus correspondientes modos de fonones se han asignado como se informa en la literatura31,32 y se enumeran en el recuadro de la Fig. 4b.

Los espectros EDX de la película delgada de ZnO se muestran en la Fig. 5. Los elementos principales y la composición porcentual presente en la película delgada de ZnO se enumeran en la Fig. 5b. La morfología de la superficie de la película delgada de ZnO se estudió utilizando un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (FESEM). La micrografía confirma que la película delgada depositada es muy suave en general y continua, como se muestra en la Fig. 5c. Los resultados medidos demuestran que la película delgada de ZnO tiene buena pureza, incluido el zinc: 84,84 % en peso y el oxígeno: 15,16 % en peso.

(a) Espectro de rayos X de dispersión de energía de la película delgada de ZnO (b) Composición porcentual de los elementos presentes en la película delgada de ZnO (c) la microfotografía de la superficie de la película delgada de ZnO.

La Figura 6 muestra el diagrama esquemático de la configuración de EDFL con conmutación de Q utilizada en el presente estudio. Se usó un láser de diodo monomodo que emite a 976 nm como fuente de bombeo. La salida del láser bombeado se acopló con un multiplexor de división de longitud de onda fusionada (WDM) de 980/1550 nm y el puerto común se acopló con EDF. Se utilizó un aislador independiente de polarización (PI-ISO) para asegurar la propagación unidireccional de la luz en la cavidad del anillo. Después del aislador, se incorporó ZnO-SA en la cavidad del láser. Posteriormente, se utilizó un acoplador de salida 90:10 para dividir la luz en dos partes; El 90 % se propaga en la cavidad del anillo y el 10 % se utilizó para el análisis. La potencia de salida se midió utilizando un medidor de potencia óptica (Thorlabs). Los espectros de RF se registraron utilizando un analizador de espectro de RF (GW INSTEK, GSP-9330) a través de un fotodiodo InGaAs de 5 GHz (Thorlabs: DET08CFC/M). Los espectros ópticos se registraron a través de un analizador de espectro óptico (YOKOGAWA, AQ6370D) con una resolución mínima de 0.02 nm que cubre el rango de longitud de onda de 600 a 1700 nm. También se utilizó un osciloscopio digital (GW INSTEK, GDS-3504) a través de un fotodiodo InGaAs de 5 GHz (Thorlabs: DET08CFC/M) para analizar las propiedades del tren de pulsos.

Disposiciones experimentales de láser de fibra dopada con erbio Q-switched basado en ZnO-SA; Multiplexor de división de longitud de onda WDM, fibra dopada con erbio EDF, aislador óptico ISO, fotodiodo PD, medidor de potencia PM, absorbedor saturable de óxido de zinc ZnO-SA, osciloscopio Osc, analizador de espectro óptico OSA, analizador de espectro eléctrico ESA.

Se observa una operación CW de un EDFL con conmutación Q en un umbral de bomba bajo de 11,2 mW. Sin embargo, cuando se incorpora ZnO-SA basado en SM y PLDT en la cavidad del láser, la operación de pulso Q-switched pasivo se observa a 22,2 mW. La Figura 7 muestra el espectro óptico típico de un EDFL Q-switched en modo continuo (línea roja continua), con ZnO-SA, preparado usando SM (línea azul continua) y PLDT (línea negra continua) a una potencia de bombeo de 230 mW. El ancho de banda de 3 dB del espectro de longitud de onda láser sin SA es de 0,4 nm con una longitud de onda central de 1572,37 nm. Sin embargo, para SA preparado con SM, el ancho de banda de 3 dB es de 1,7 nm en la longitud de onda central de 1561,25 nm y de 1,1 nm para SA fabricado con PLDT en la longitud de onda central de 1568,21 nm. Esta ampliación en el espectro óptico de 0,4 nm a 1,1 y 1,7 nm indica el cambio en el comportamiento del láser a la operación de pulsos desde el modo CW porque requería más componentes espectrales de Fourier33,34. Además, se observa un desplazamiento hacia el azul de 11,12 nm y 4,16 nm en la longitud de onda central cuando el SA preparado con SM y PLDT se inserta en la cavidad del láser, respectivamente. Debido a la inserción de SA dentro de la cavidad del láser, se producen altas pérdidas ópticas y, para superar estas pérdidas, se adquiere más ganancia, alterando así la longitud de onda hacia la región de longitud de onda más corta.

Espectro óptico medido de EDFL sin SA (línea roja continua) y para SA preparado usando SM (línea azul continua) y PLDT (línea negra continua).

La tasa de repetición del pulso y la duración del pulso en función de la potencia de la bomba que van desde 22,2 a 418 mW se presentan en la Fig. 8a, b, respectivamente, para el SA preparado con PLDT (círculos azules sólidos). De manera similar, con una potencia de bombeo de 22,2 a 75,3 mW, la tasa de repetición de pulso y los datos de ancho de pulso se muestran en la Fig. 8a, b para SA preparado con la técnica SM.

Medida (a) tasas de repetición de pulso para SA preparado usando SM (círculos rojos huecos) y PLDT (círculos azules sólidos) y (b) ancho de pulso para SA preparado usando SM (círculos rojos huecos) y PLDT (círculos azules sólidos) como una función de la potencia de la bomba.

Estos resultados demuestran que con SA preparado utilizando SM y PLDT, la operación de conmutación Q comienza con una potencia de bombeo de 22,2 mW. Para SA fabricado con PLDT, a medida que la potencia de la bomba aumenta de 22,2 a 418 mW, las tasas de repetición del pulso aumentan de 10,79 a 79,37 kHz, mientras que la duración del pulso disminuye de 23,58 a 5,6 µs. Por otro lado, con SA preparado mediante la técnica SM, un aumento en la potencia de la bomba de 22,2 a 75,3 mW conduce a un aumento en las tasas de repetición de pulso de 11,59 a 40,91 kHz, mientras que la duración del pulso disminuye de 24,91 a 10,69 µs. Con un aumento adicional en la potencia de la bomba hasta 75,3 mW y 418 mW para SA preparado usando SM y PLDT, respectivamente, desaparece la operación Q-switched y aparece una operación de onda continua.

Con una potencia de bombeo de 283 mW, el espectro de RF se muestra en la Fig. 9a para SA preparado con PLDT. El espectro de RF se midió utilizando un ancho de banda de resolución de 1 kHz y un ancho de banda de video de 10 Hz. A partir de los espectros de RF medidos para SA preparados con PLDT, se observan 30 armónicos de frecuencia en un intervalo de frecuencia de 2 MHz y el pico de la frecuencia fundamental se observa a 65,45 kHz. Además, la relación señal-ruido (SNR) de los espectros de RF medidos para SA preparados con PLDT es de 48 dB (consulte el recuadro en la Fig. 9a). Por otro lado, a una potencia de bomba fija de 75,3 mW, el espectro de RF se muestra en la Fig. 9b para SA preparado utilizando la técnica SM. Para SA preparado con la técnica SM, se observan 10 armónicos de frecuencia con un ancho de banda de resolución de 1 kHz, un ancho de banda de video de 10 Hz y un rango de frecuencia de 200 kHz. Con SA preparado utilizando la técnica SM, se observa que la frecuencia fundamental es de 19,34 kHz con 34 dB SNR. La SNR más alta para SA preparado con la técnica PLDT confirma una mejor estabilidad y rendimiento de EDFL basado en ZnO-SA preparado con la técnica SM.

Espectros de RF medidos para SA preparados usando (a) PLDT con un rango de frecuencia de 2 MHz, ancho de banda de resolución de 1 kHz y ancho de banda de video de 10 Hz y (b) técnica SM con un rango de frecuencia de 200 kHz, ancho de banda de resolución de 1 kHz y ancho de banda de video de 10 Hz; el recuadro muestra SNR con potencia de bombeo de 45,7 mW.

En la Fig. 10a se muestra un tren de pulsos ópticos medido con una potencia de bombeo de 283 mW para SA preparado usando el PLDT y se observa que la duración mínima del pulso es de 8,52 µs. Se observa que el intervalo de impulsos con una potencia de bombeo de 283 mW es de 15,2 µs, lo que concuerda bien con las tasas de repetición de 65,78 kHz. En la Fig. 10b se muestra el tren de pulsos ópticos medido para SA fabricado utilizando la técnica SM a una potencia de bombeo de 45,7 mW y se observa que la duración mínima del pulso es de 14,99 µs. Mientras que, con una potencia de bombeo de 45,7 mW, se observa que el intervalo de pulso es de 51,22 µs, lo que se corresponde bien con las tasas de repetición de 19,31 kHz.

Tren de pulsos medido de EDFL basado en SA preparado usando (a) PLDT a una potencia de bombeo de 283 mW (b) técnica SM a una potencia de bombeo de 45,7 mW.

Es pertinente mencionar aquí que para SA preparado con la técnica SM, a medida que la potencia de la bomba se acerca a 75,3 mW, la operación de conmutación Q de EDFL desaparece y se establece una operación CW. Sin embargo, el SA fabricado con PLDT tolera hasta 418 mW. potencia máxima, y aún se conserva una operación de pulso Q-switched estable. Por otro lado, para una potencia de bomba superior a 418 mW, el Q-switching desaparece y comienza una operación CW. Este comportamiento indica la eficacia de la PLDT sobre la técnica SM para la fabricación de SA robustos, estables y fiables para láseres de fibra.

La potencia de salida promedio de EDFL con ambos SA se muestra en la Fig. 11. Para la técnica SM, la potencia de salida promedio máxima es de 0,18 mW con una potencia de bomba de 75,3 mW. Con SA preparado usando PLDT, se observó una potencia de salida promedio de 5,35 mW a una potencia de bomba de 418 mW.

Potencia de salida media medida en comparación con la potencia de la bomba para SA preparados con SM (círculos rojos huecos) y PLDT (círculos azules sólidos).

Para el SA basado en la técnica SM, se observa que la energía del pulso y la potencia máxima son 2,86 nJ y 0,327 mW, respectivamente. La energía de pulso de 74 nJ y una potencia máxima de 10,9 mW se observa a una potencia de bombeo de 418 mW con SA preparado mediante PLDT. Los resultados presentados en las Figs. 11 y 12, revelan que EDFL basado en SA preparados con PLDT produce una mayor potencia de salida y proporciona una mejor tolerancia a la saturación que los SA preparados con la técnica SM.

Medida (a) energía del pulso y (b) potencia máxima en función de la potencia de la bomba para SA preparado usando SM (círculos rojos huecos) y PLDT (círculos azules sólidos).

Para investigar la estabilidad de EFDL con SA preparados con SM y PLDT, los SA se exponen continuamente a una potencia de bombeo fija de 45,7 mW durante 3 a 5 h. La potencia de salida promedio, la duración del pulso, la tasa de repetición del pulso y los datos VP-P de los pulsos ópticos generados por EDFL se registraron y presentaron continuamente en las Figs. 13, 14 y 15.

Potencia de salida promedio medida en función del tiempo para SA preparada usando SM y PLDT.

VP–P medido en función del tiempo para SA preparado usando SM (círculos rojos huecos) y PLDT (círculos azules sólidos).

Medido (a) tasas de repetición de pulso y (b) duración del pulso en función del tiempo para SA preparado usando SM y PLDT.

Se investigó la estabilidad de EDFL basado en SA preparados usando SM y PLDT y se registró el voltaje pico a pico de los pulsos ópticos usando un osciloscopio. Primero, medimos la potencia de salida para ambos SA utilizando un medidor de potencia conectado a una computadora durante 3 horas continuas, pero no se notó una diferencia significativa, ya que ambos conjuntos de datos muestran un comportamiento similar en función del tiempo. La potencia de salida promedio a una potencia de bomba fija de 45,7 mW en función del tiempo se muestra en la Fig. 13 para los SA preparados con SM y PLDT. En la literatura, la estabilidad de los láseres de fibra se investiga midiendo la potencia de salida del espectro óptico26,27,28,29,35.

Nos parece (consulte la Fig. 13) que la inestabilidad observada en los trenes pulsados no era visible en la potencia de salida. Para resolver el problema de la inestabilidad del pulso, registramos VP–P para SA preparados usando SM y PLDT usando el osciloscopio, y los resultados se muestran en las Figs. 14 y 15. La figura 14 muestra que inicialmente el VP–P es de 890 nV para SA preparado con la técnica SM y de 1,01 mV para SA preparado con PLDT. Luego, se nota un ligero aumento en VP–P para SA preparado con el enfoque SM y después de 17 minutos alcanzó su valor máximo de 1,07 mV, pero no se observa una diferencia significativa para SA fabricado con PLDT. Al alcanzar el valor óptimo de 1,07 mV, el VP–P disminuye hasta 776 nV durante los siguientes 74 minutos, pero para SA basado en PLDT, el voltaje de salida permanece estable. Además, durante los siguientes 120 minutos, se notó una rápida disminución en VP–P para el SA preparado con la técnica SM y no se midió tal inestabilidad para el SA basado en PLDT. Estos resultados muestran además que para SA preparado usando la técnica SM, el VP–P disminuye continuamente y finalmente se aproxima a cero después de 330 minutos. En este punto, los pulsos desaparecieron por completo para el SA basado en SM, mientras que el VP-P aún permanece estable para el SA basado en PLDT.

La comparación del ancho de línea de RF medido y el ancho de pulso para los SA preparados usando SM y PLDT se muestra en la Fig. 15a,b, respectivamente. Inicialmente, las tasas de repetición disminuyen, luego se observa una tendencia creciente y durante 5 h, las tasas de repetición varían de 18 a 26 kHz para SA fabricado con la técnica SM. Sin embargo, no se notó ningún cambio significativo en las tasas de repetición para SA preparado usando PLDT. Las tasas de repetición mínima y máxima para este SA se midieron en 21,17 y 21,57 kHz, respectivamente (consulte la Fig. 15a). Además, los datos de ancho de pulso de EDFL basados en SA preparados usando SM y PLDT se comparan y se muestran en la Fig. 15b. Estos datos muestran que para el SA preparado utilizando el enfoque SM, el ancho de pulso varía de 18 a 20 µs. Sin embargo, para el SA preparado con PLDT, se observó que el ancho de pulso mínimo y máximo era de 17,2 a 17,9 µs, respectivamente. Estos datos sugieren además que PLDT proporciona pulsos ópticos estables mucho mejores en comparación con la técnica SM convencional.

Los resultados presentados en las Figs. 14 y 15 confirman la estabilidad de los SA preparados con PLDT. La mejor estabilidad de los SA preparados con PLDT se puede atribuir al proceso de fabricación de los SA. Durante la deposición de la película delgada por PLD, los átomos/iones se depositan en la férula de fibra con una adhesión mucho mejor y sin ninguna impureza adicional, por ejemplo; PVA, etc. En PLDT, una mejor adhesión sin productos químicos adicionales y un crecimiento directo de ZnO en la férula de fibra bajo un ambiente controlado da como resultado una mejor estabilidad de los SA.

En resumen, demostramos un EDFL con conmutación Q pasiva basado en ZnO-SA preparado con técnicas SM y PLDT. Se han medido la duración del pulso, las tasas de repetición, la potencia de salida promedio, la energía máxima, la energía del pulso y la estabilidad de los SA preparados con ambos enfoques. Estos resultados sugieren que para SA preparado usando la técnica SM, a medida que la potencia de la bomba se incrementó de 22 mW a 75,3 mW, las tasas de repetición del pulso aumentaron de 11,59 a 40,91 kHz y la duración del pulso disminuyó de 24,91 a 10,69 µs. Además de una potencia de bombeo de 75,3 mW, se observa que la potencia máxima, la energía del pulso y la potencia de salida promedio son 0,327 mW, 2,86 nJ y 0,18 mW, respectivamente. Por otro lado, cuando se incorporó SA basado en PLDT en la cavidad del anillo, con un aumento en la potencia de bombeo de 22,2 mW a 418 mW, las tasas de repetición de pulso aumentaron de 10,79 a 79,37 kHz y el ancho de pulso disminuyó de 23,58 a 5,6 µs. . Se observa que la potencia máxima, la energía del pulso y la potencia de salida promedio son 10,9 mW, 74 nJ y 4,65,35 mW, respectivamente. Además, primero medimos y comparamos la estabilidad del pulso de EDFL en función de los SA preparados con SM y PLDT durante más de 5 h en términos de voltaje pico a pico. Se reveló que para SA preparado con PLDT, el voltaje de pico a pico, la duración del pulso y la tasa de repetición se mantienen estables durante un largo período de tiempo. También se puede concluir que el estudio de estabilidad de EDFL no sería fiable sin medir la estabilidad de las tensiones pico a pico de los trenes pulsados. Este estudio sugiere además que PLDT es una técnica prometedora para la fabricación de SA ultraestables debido a sus posibles aplicaciones fotónicas.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

Liu, X. et al. Versátil modo láser de fibra ultrarrápido de longitud de onda múltiple bloqueado por nanotubos de carbono. ciencia Rep. 3(1), 1–6 (2013).

Google Académico

Addanki, S., Amiri, IS & Yupapin, P. Revisión de fibras ópticas: introducción y aplicaciones en láseres de fibra. Resultados Phys. 10, 743–750 (2018).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Fu, Z., Yang, D., Ye, W., Kong, J. y Shen, Y. Láser de anillo de fibra dopado con erbio compacto ampliamente sintonizable para aplicaciones de detección de fibra óptica. Optar. Tecnología láser. 41(4), 392–396 (2009).

Artículo ADS CAS Google Académico

Li, D. et al. Modo láser de fibra ultrarrápido sintonizable de longitud de onda y duración del pulso bloqueado con nanotubos de carbono. ciencia Rep. 8(1), 1–8 (2018).

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).

Google Académico

Ahmad, H., Albaqawi, HS, Yusoff, N., Reduan, SA y Yi, CW Nanopartículas de óxido de plata y grafeno reducidas para la generación de pulsos ópticos en láseres de fibra dopados con iterbio y erbio. ciencia Rep. 10(1), 1–11 (2020).

Artículo Google Académico

Ahmad, H. et al. Láser de fibra Q-switched de banda C que utiliza dióxido de titanio (TiO2) como absorbente saturable. IEEE Photonics J. 8(1), 1–7 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Al-Hayali, SKM, Mohammed, DZ, Khaleel, WA y Al-Janabi, AH Nanopartículas de óxido de aluminio como absorbente saturable para láser de fibra con conmutación Q pasiva de banda C. aplicación Optar. 56(16), 4720–4726 (2017).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Shen, Y. et al. Láser de fibra ZBLAN altamente dopado con Er3+ con conmutación Q pasiva de nivel de vatios con un espejo absorbente saturable de semiconductores. ciencia Rep. 6(1), 1–7 (2016).

CAS Google Académico

Armas-Rivera, I. et al. Láser de fibra dopada con erbio bloqueado en modo pasivo sintonizable de longitud de onda amplia con un SESAM. Optar. Tecnología láser. 134, 106593 (2021).

Artículo 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

Haris, H. et al. Láseres de fibra dopados con iterbio y erbio de conmutación Q pasiva con seleniuro de bismuto aislador topológico (Bi2Se3) como absorbente saturable. Optar. Tecnología láser. 88, 121–127 (2017).

Artículo ADS CAS Google Académico

Jagadish, C. & Pearton, SJ (eds.) Granel de óxido de zinc, películas delgadas y nanoestructuras: procesamiento, propiedades y aplicaciones (Elsevier, 2011).

Janotti, A. & Van de Walle, CG Fundamentos del óxido de zinc como semiconductor. Rep. Prog. física 72(12), 126501 (2009).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Kumar, R., Kumar, G. & Umar, A. Películas delgadas de ZnO nanoestructuradas depositadas con láser de pulso: una revisión. J. Nanosci. Nanotecnología. 14(2), 1911–1930 (2014).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Ahmad, H. et al. Nanopartículas de óxido de zinc (ZnO) como absorbente saturable en láser de fibra con conmutación de Q pasiva. Optar. común 381, 72–76 (2016).

Artículo ADS CAS Google Académico

Johnson, JC y col. Dinámica de portadores ultrarrápidos en láseres de nanohilos y nanocintas de ZnO individuales. Nano Lett. 4(2), 197–204 (2004).

Artículo ADS CAS Google Académico

Khokhra, R., Bharti, B., Lee, HN y Kumar, R. Fotodetección UV y visible en películas delgadas nanoestructuradas de ZnO mediante el ajuste simple del método de solución. ciencia Rep. 7(1), 1–14 (2017).

Artículo CAS Google Académico

Naharuddin, NZA et al. Absorbedor saturable de nanopartículas de oro con ablación por láser pulsado para láseres de fibra dopada con erbio de modo bloqueado. Optar. Tecnología láser. 150, 107875 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Li, L. et al. Generación de solitones oscuros en láser de fibra dopada con Er a partir de nanopartículas de óxido ferroférrico. Optar. Tecnología láser. 103, 354–358 (2018).

Artículo ADS CAS Google Académico

Sadeq, SA, Harun, SW y Al-Janabi, AH Generación de pulsos ultracortos con una cavidad de anillo láser de fibra dopada con erbio basada en un absorbente saturable de óxido de cobre. aplicación Optar. 57(18), 5180–5185 (2018).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Ahmad, H. et al. Láser de fibra dopada con erbio Q-switched pasivamente en la región de la banda C basado en el absorbente saturable WS 2. aplicación Optar. 55(5), 1001–1005 (2016).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Ahmad, H., Suthaskumar, M., Tiu, ZC, Zarei, A. y Harun, SW Láser de fibra dopada con erbio de conmutación Q que utiliza MoSe2 como absorbente saturable. Optar. Tecnología láser. 79, 20–23 (2016).

Artículo ADS CAS Google Académico

Yan, P., Lin, R., Ruan, S., Liu, A. y Chen, H. Un láser de fibra bloqueado en modo armónico pasivo de femtosegundos de 2,95 GHz basado en la interacción del campo evanescente con la película aislante topológica. Optar. Express 23(1), 154–164 (2015).

Artículo ADS PubMed Google Scholar

Asghar, H., Ahmed, R., Umar, ZA y Baig, MA Una técnica novedosa para la fabricación de un absorbente saturable para láseres de fibra: deposición de láser pulsado. Fisioterapia Láser. Letón. 19(7), 075106 (2022).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Sadeq, SA, Al-Hayali, SK, Harun, SW y Al-Janabi, A. Absorbedor saturable de nanomateriales de óxido de cobre como un nuevo Q-switcher pasivo en una configuración de cavidad de anillo láser de fibra dopada con erbio. Resultados Phys. 10, 264–269 (2018).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Ahmad, H., Samion, MZ, Kamely, AA e Ismail, MF Láser de fibra dopada con tulio de modo bloqueado con absorbente saturable de óxido de zinc para una operación de 2 μm. Física de infrarrojos. Tecnología 97, 142–148 (2019).

Artículo ADS CAS Google Académico

Husin, SAS et al. Absorbedor saturable a base de nanopartículas de óxido de zinc depositado mediante una técnica de evaporación simple para láser de fibra Q-switched. Mentón. física B 28(8), 084207 (2019).

Artículo ADS CAS Google Académico

Muhammad, FD et al. Absorbedor saturable de fibra cónica revestido de óxido de zinc/PDMS para láser de fibra dopada con erbio de bloqueo de modo pasivo. Mentón. física B 30(5), 054204 (2021).

Artículo ADS CAS Google Académico

Anjum, A. et al. Estructura y propiedades ópticas relacionadas con defectos de películas delgadas de óxido de zinc altamente orientadas (002). física B 644, 414195 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Damen, TC, Porto, SPS & Tell, B. Efecto Raman en óxido de zinc. física Rev. 142(2), 570 (1966).

Artículo ADS CAS Google Académico

Chen, SJ et al. Propiedades estructurales y ópticas de nanohojas de ZnO uniformes. Adv. Mate. 17(5), 586–590 (2005).

Artículo ADS CAS Google Académico

Ahmad, H., Sharbirin, AS & Ismail, MF Láser de fibra dopada con tulio de conmutación Q pasiva de 1,8 µm. Optar. Tecnología láser. 120, 105757 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Hu, T., Hudson, DD y Jackson, SD Láser de anillo de fibra estable, de arranque automático y de bloqueo de modo pasivo de la clase de 3 μm. Optar. Letón. 39(7), 2133–2136 (2014).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Asghar, H., Ahmed, R., Sohail, M., Umar, ZA & Baig, MA Operación de pulso conmutado Q en láser de fibra dopada con erbio sujeto a depósito absorbente saturable basado en nanopartículas de CdS directamente en la férula de fibra. Optar. Mate. 134 (Parte A), 113109 (2022).

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Descargar referencias

Agradecemos a la Comisión de Planificación de Pakistán y la Academia de Ciencias de Pakistán (PAS) por brindar asistencia financiera para desarrollar láseres de fibra en el Laboratorio de Física Atómica y Láser, Centro Nacional de Física, Islamabad.

Centro Nacional de Física, Campus Universitario Quaid-I-Azam, Islamabad, 45320, Pakistán

Haroon Asghar, Rizwan Ahmed, Rizwan Ajmal, Zeshan A. Umar y M. Aslam Baig

Departamento de Física e Instituto Nacional Tyndall, University College Cork, Western Road, Cork, Irlanda

John. G. McInerney

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HA: Conceptualización, metodología, redacción—borrador original, investigación, validación, visualización, RA: Revisión y edición, investigación, caracterización, RA: Investigación, ZAU: Caracterización, JGM: Revisión y financiamiento, MAB: Supervisión.

Correspondencia a Haroon Asghar.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Asghar, H., Ahmed, R., Ajmal, R. et al. Mejora de la estabilidad del láser de fibra dopada con erbio utilizando un absorbente saturable fabricado mediante la técnica de deposición de láser pulsado. Informe científico 12, 20267 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-23511-3

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Recibido: 10 mayo 2022

Aceptado: 01 noviembre 2022

Publicado: 24 noviembre 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-23511-3

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