포화 흡수체로서 유기 물질을 기반으로 하는 1570nm의 초고속 파이버 레이저

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 13288(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

이 연구에서는 에르븀 첨가 광섬유 레이저(EDFL)의 다양한 길이에서 모드 잠금 작동을 생성하기 위한 포화 흡수체(SA)로서 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜): 폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT: PSS)를 시연했습니다. PEDOT: PSS는 폴리비닐 알코올에 내장되어 레이저 설정에 흡수체 역할을 하는 얇은 필름을 형성했습니다. 세 가지 다른 모드 잠금 EDFL은 서로 다른 캐비티 길이와 출력 커플러 비율로 성공적으로 시연되었습니다. 3.417 MHz/710 fs, 4.831 MHz/510 fs, 6.049 MHz/460 fs의 펄스 반복률/폭은 광 커플러/공동 길이 20:80/60.7 m, 10:90/42.7 m 및 각각 5:95/33.7m. 모든 실험은 각각 4.8nm, 5.6nm 및 6.5nm의 3dB 대역폭으로 1570.76nm, 1570.3nm 및 1569.95nm의 중심 파장에서 안정적이고 모드 잠금 작동을 생성했습니다. 초고속 광섬유 레이저의 장기간 안정성은 120분을 통해 각 설정에 대해 조사되었습니다. 제안된 PEDOT:PSS는 다양한 광섬유 레이저 설정에서 모드 잠금 작동을 유도하는 유망한 재료로 입증되었습니다.

비선형 광학 및 전체 광섬유 관찰과 같은 다양한 포토닉스 시스템은 EDFL(에르븀 첨가 광섬유 레이저)의 고유한 특성으로 인해 혁신을 이루었습니다. EDFL에 대한 연구 관심이 엄청나게 증가하는 것은 완벽한 빔 품질, 낮은 삽입 손실, 높은 출력 전력 및 좁은 선폭1,2로 조정 가능한 출력을 생성하는 능력에 기인합니다. 이러한 광섬유 레이저는 펄스 모드 또는 연속파(CW)로 작동할 수 있습니다. 펄스 EDFL은 피크 출력이 높은 초고속 레이저를 말하며 Q-스위칭3 또는 모드 잠금4 작동으로 작동합니다. 모드 잠금 EDFL은 능동 또는 수동 기술을 통해 펨토초 펄스를 생성하는 독특한 능력으로 인해 대용량 광통신 애플리케이션에 널리 사용되었습니다. 능동 기술에는 광전 변조기 및 음향 광학6과 같은 외부 변조기와 전자 부품이 필요하므로 시스템이 유연하지 않고 비용이 많이 듭니다. 패시브 기술은 보다 견고하고 다양한 솔루션을 제공합니다. 포화 흡수체(SA)는 실제 SA와 인공 SA로 분류할 수 있는 수동 기술에서 초고속 레이저를 생성하는 핵심입니다. 인공 SA는 NPE(비선형 편광 진화)7, NALM(비선형 증폭 루프 미러)8 및 NOLM(비선형 광학 루프 미러)9과 같은 광학 구성 요소를 형성합니다. 인공 SA에는 여러 광학 구성 요소의 형성과 환경 교란에 대한 민감도가 필요하여 타당성이 제한되었습니다. SESAM(반도체 포화 흡수 거울)10이 실제 SA로 사용되었습니다. 불행하게도 SESAM은 높은 비용, 좁은 작동 대역폭, 낮은 손상 임계값, 복잡한 설정 등 많은 단점을 안고 있습니다. 따라서 신흥 재료 SA는 광섬유 레이저 시스템에서 초고속 현상을 유도하는 주요 연구 초점이 되고 있습니다. 그래핀12, 탄소 나노튜브(CNT)13, 흑린(BP)14, 전이 금속 디칼코게나이드(TMD)15,16을 포함하는 펄스 레이저를 생성하기 위한 SA로 많은 2차원(2D) 및 신흥 재료가 제안되었습니다. 17 및 토폴로지 절연체(TI)18,19,20. 이러한 물질은 흡수21, 크기22, 화학적 안정성23 및 회복 시간24에서 탁월한 성능을 발휘하여 SA로서 큰 잠재력이 입증되었습니다. 최근에는 유연성, 열 안정성, 필름 형성 능력이 뛰어난 유기 재료(OM)가 새로운 신흥 재료로 주목받고 있습니다. 이러한 속성을 통해 최전선 기술에서 OM을 사용할 수 있습니다. 당연히 OM 응용 분야는 초고속 레이저 응용 분야로 확장되고 있습니다. 예를 들어, OM의 구성원인 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리스티렌 설포네이트(PEDOT: PSS)의 중합체는 섬유 레이저 시스템에서 피코초 펄스를 유도하는 것으로 보고되었습니다. 그러나 초고속 레이저를 유도하는 OM의 잠재력에 대한 조사는 다른 신흥 재료에 비해 여전히 소수입니다.