Mejorar la estabilidad del erbio. - Grupo Co., Ltd del soldador láser de Hengyang

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

675 Accesos

3 citas

Detalles de métricas

En este artículo, presentamos el rendimiento y la estabilidad de un láser de fibra dopado con erbio (EDFL) basado en un absorbente saturable (SA) de ZnO preparado utilizando dos esquemas: método de solución (SM) y técnica de deposición por láser pulsado (PLDT). Se observó que EDFL con ZnO-SA preparado usando SM emite a 1561,25 nm con una potencia de bomba 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 bomba 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 bomba 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 la anchura del 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. Hasta donde sabe el autor, es la primera comparación del rendimiento y la 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 proporcionan una estabilidad óptima durante un largo período 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 posibles aplicaciones en fuentes láser pulsadas 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 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 láseres. Por lo tanto, SA es un componente clave para lograr el funcionamiento de pulsos ultracortos de los láseres de fibra. Se han implementado una variedad de SA, como nanotubos de carbono4,5, grafeno6, SAs basados en películas de óxido7,8, espejos semiconductores absorbentes saturables (SESAM)9,10 y aisladores topológicos11,12 en láseres de fibra y cavidades para el modo pasivo. -Generación de pulso bloqueado. 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 mucha atención por parte de los investigadores. Las características fundamentales de un SA ideal son su estabilidad a largo plazo, alto umbral de daño, tiempo de recuperación rápido, baja intensidad de saturación, profundidad de modulación óptima y facilidad de fabricación e implementación en la cavidad del láser. La complicada alineación óptica, la estabilidad, los complejos procesos de fabricación 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 utilizando 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 ambientalmente sensibles y tienen un umbral de daño bajo. En la literatura, se ha informado sobre la estabilidad a corto plazo de EDFL y se midió la potencia de salida de los espectros ópticos durante 30 a 60 minutos26,27,28,29. La estabilidad de temporización 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 operación de pulso de salida durante 5 h continuas. Además de una comparación de varias técnicas experimentales propuestas, es muy deseable 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 artículo, comparamos el rendimiento y la estabilidad de EDFL conmutado Q basado en ZnO-SA preparado con SM y PLDT. Se identificó la técnica que da como resultado el mejor rendimiento, una estabilidad óptima y un alto umbral de daño. Este estudio sugiere que el 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 el SA preparado con la técnica SM. Además, se infiere que los SA basados en PLDT proporcionan un umbral de daño grande y una operación de pulso de salida ultraestable durante un tiempo prolongado en comparación con los preparados utilizando la técnica SM. A diferencia de 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 mediante 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 el entorno 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 perpendicular 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 es reconocida principalmente por la fabricación de heteroestructuras, pero ahora puede usarse para controlar y hacer crecer películas delgadas de tamaño nanométrico.

En este caso, se utilizó el cuarto armónico de un láser Nd:YAG que emite a 266 nm para la ablación del objetivo de ZnO. Se enfocó un rayo láser de 10 mJ sobre el objetivo dentro de la cámara PLD y el objetivo (ZnO) se hizo girar continuamente para evitar la creación de un cráter. La férula de fibra se instaló delante del 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 el SEM30 de sección transversal. La temperatura del sustrato (virola de fibra) se mantuvo a 25 °C con un vacío de fondo de 2 × 10–6 mbar. Utilizando la técnica PLD, se depositó directamente una fina película de ZnO de 400 nm de espesor sobre la férula de fibra. En las figuras 1a, b, se muestra una férula de fibra sin SA depositada 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).

Virola de fibra (a) sin SA y (b) con depósito de película fina de ZnO mediante 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 a base de polímero. Las nanopartículas de ZnO se adquirieron en Sigma-Aldrich (EE. UU.) y el tamaño de las partículas de ZnO se estimó en el rango de ≤ 50 nm. Primero, se preparó el alcohol polivinílico (PVA) como polímero huésped añadiendo 1 g de polvo de PVA a 100 ml de agua destilada. Para disolver completamente el PVA en agua destilada, la mezcla se agitó magnéticamente a una temperatura de 25 °C. Después de eso, se agregaron 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 caja de petri y se dejó secar durante 1 día a temperatura ambiente para el desarrollo de la película delgada que se utilizará como SA pasivo. Luego se cortó una pequeña área de la película y luego se unió a la superficie del casquillo de fibra. La férula de fibra sin SA y con película delgada SA se muestra en las figuras 3a, b, respectivamente.

El proceso de fabricación de películas delgadas de ZnO-PVA mediante la técnica SM.

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

El espectro de fotoluminiscencia (PL) a temperatura ambiente de la película delgada de ZnO depositada se muestra en la Fig. 4a. Como fuente de excitación para la fotoluminiscencia se utilizó un haz del 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. El pico que aparece alrededor de 390 nm se correlaciona con la recombinación de excitones libres o las colisiones excitón-excitón denominadas emisión UV NBE (borde cercano a la banda).

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

La espectroscopía Raman de la película delgada de ZnO depositada se realizó utilizando el Ava Raman con un 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 del casquillo de fibra. Los picos espectroscópicos con cambio de longitud de onda y sus modos de fonón correspondientes 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 mediante microscopía electrónica de barrido por 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 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 EDFL conmutada Q utilizada en el presente estudio. Como fuente de bombeo se utilizó un láser de diodo monomodo que emite a 976 nm. La salida del láser bombeado se acopló con un multiplexor por 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 garantizar la propagación de la luz unidireccional en la cavidad del anillo. Después del aislador, se incorporó ZnO-SA a la cavidad del láser. Posteriormente, se utilizó un acoplador de salida 90:10 para dividir la luz en dos partes; El 90% se propaga a 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) mediante 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 con conmutación Q basado en ZnO-SA; Multiplexor por división de longitud de onda WDM, fibra dopada con erbio EDF, aislador óptico ISO, fotodiodo PD, medidor de potencia PM, absorbente 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 una 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 pasiva de pulso conmutado Q se observa a 22,2 mW. La Figura 7 muestra el espectro óptico típico de un EDFL con conmutación Q en modo continuo (línea roja continua), con ZnO-SA, preparado usando SM (línea azul continua) y PLDT (línea negra continua) con una potencia de bomba 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 con longitud de onda central de 1568,21 nm. Esta ampliación del espectro óptico de 0,4 nm a 1,1 y 1,7 nm indica el cambio en el comportamiento del láser al funcionamiento por impulsos 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 de 22,2 a 418 mW, se presentan en las figuras 8a, b, respectivamente, para el SA preparado con PLDT (círculos azules sólidos). De manera similar, con una potencia de bomba de 22,2 a 75,3 mW, la tasa de repetición del pulso y los datos de ancho del pulso se muestran en la Fig. 8a, b para SA preparado utilizando la técnica SM.

Se midieron (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 función de potencia de la bomba.

Estos resultados demuestran que con SA preparado con SM y PLDT, la operación de conmutación Q comienza con una potencia de bomba 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 utilizando 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 del 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 preparada usando SM y PLDT, respectivamente, la operación con conmutación Q desaparece y aparece una operación de onda continua.

Con una potencia de bomba 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 vídeo de 10 Hz. A partir de los espectros de RF medidos para SA preparados con PLDT, se observan 30 armónicos de frecuencia en un rango 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, con 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 utilizando 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 19,34 kHz con 34 dB SNR. La mayor SNR para SA preparado utilizando la técnica PLDT confirma aún más una mejor estabilidad y rendimiento de EDFL basado en ZnO-SA preparado utilizando la técnica SM.

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

En la Fig. 10a se muestra un tren de pulsos ópticos medido con una potencia de bomba 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 pulso con una potencia de bomba 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 impulsos ópticos medido para SA fabricado utilizando la técnica SM con una potencia de bomba de 45,7 mW y se observa que la duración mínima del impulso es de 14,99 µs. Mientras que, con una potencia de bomba de 45,7 mW, 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 con una potencia de bomba de 283 mW (b) técnica SM con una potencia de bomba de 45,7 mW.

Es pertinente mencionar aquí que para SA preparado utilizando 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. La potencia máxima y aún se conserva una operación de pulso conmutada Q estable. Por otro lado, para una potencia de bomba superior a 418 mW, la conmutación Q desaparece y comienza una operación CW. Este comportamiento indica la eficacia del PLDT sobre la técnica SM para la fabricación de SA robustos, estables y confiables 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 con PLDT, se observó una potencia de salida promedio de 5,35 mW con una potencia de bomba de 418 mW.

Potencia de salida promedio medida versus potencia de 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 del pulso de 74 nJ y una potencia máxima de 10,9 mW se observa con una potencia de bomba de 418 mW con SA preparado con 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.

Se midió (a) la energía del pulso y (b) la 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 preparadas con SM y PLDT, las SA se exponen continuamente a una potencia de bomba 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 preparado usando SM y PLDT.

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

Se midieron (a) las tasas de repetición del pulso y (b) la duración del pulso en función del tiempo para SA preparado con SM y PLDT.

Se investigó la estabilidad de EDFL basado en SA preparados con SM y PLDT y se registró el voltaje pico a pico de los pulsos ópticos utilizando un osciloscopio. Primero, medimos la potencia de salida para ambos SA usando un medidor de potencia conectado a una computadora durante 3 h continuas, pero no se notó ninguna diferencia significativa, ya que ambos conjuntos de datos muestran un comportamiento similar en función del tiempo. La potencia de salida promedio con una potencia de bomba fija de 45,7 mW en función del tiempo se muestra en la Fig. 13 para 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 con 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 890 nV para SA preparado utilizando la técnica SM y 1,01 mV para SA preparado utilizando PLDT. Luego se observa un ligero aumento en VP-P para el SA preparado mediante el enfoque SM y después de 17 minutos alcanzó su valor máximo de 1,07 mV, pero no se observa ninguna diferencia significativa para el SA fabricado utilizando 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 el VP-P para el SA preparado utilizando la técnica SM y no se midió tal inestabilidad para el SA basado en PLDT. Estos resultados muestran además que para SA preparado utilizando la técnica SM, el VP-P disminuye continuamente y finalmente se acerca 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 fabricados mediante la técnica SM. Sin embargo, no se observó ningún cambio significativo en las tasas de repetición para SA preparado con PLDT. Se midieron las tasas de repetición mínima y máxima para este SA 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 del 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 mucho mejores y estables en comparación con la técnica SM convencional.

Los resultados se presentan 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 mediante 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 virola de fibra en un entorno controlado da como resultado una mejor estabilidad de los SA.

En resumen, demostramos un EDFL con conmutación de Q pasiva basado en ZnO-SA preparado utilizando técnicas SM y PLDT. Se midieron 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 utilizando la técnica SM, a medida que se aumentó la potencia de la bomba de 22 mW a 75,3 mW, las tasas de repetición del pulso aumentan de 11,59 a 40,91 kHz y la duración del pulso disminuye de 24,91 a 10,69 µs. Además de una potencia de bomba 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 la bomba de 22,2 mW a 418 mW, las tasas de repetición del pulso aumentan de 10,79 a 79,37 kHz y el ancho del pulso disminuye 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 basada en 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 pico a pico, la duración del pulso y la tasa de repetición permanecen estables durante un largo período de tiempo. También se puede concluir que el estudio de estabilidad de EDFL no sería confiable sin medir la estabilidad de los voltajes 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 previa solicitud razonable.

Liu, X. y col. Modo láser de fibra ultrarrápido, versátil y de múltiples longitudes de onda, bloqueado por nanotubos de carbono. Ciencia. Rep. 3(1), 1–6 (2013).

Google Académico

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

ADS del artículo Google Scholar

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

Artículo ADS CAS Google Scholar

Li, D. y col. Longitud de onda y duración del pulso, modo láser de fibra ultrarrápido sintonizable, bloqueado con nanotubos de carbono. Ciencia. Rep. 8(1), 1–8 (2018).

Google Académico

Li, X. y col. Nanotubos de carbono de pared simple y absorbentes saturables a base de óxido de grafeno para láseres de fibra bloqueados en modo de ruido de fase baja. Ciencia. Rep. 6(1), 1-9 (2016).

Google Académico

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

Artículo de Google Scholar

Ahmad, H. y col. Láser de fibra con conmutación Q de banda C que utiliza dióxido de titanio (TiO2) como absorbente saturable. IEEE Photonics J. 8(1), 1–7 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

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. Aplica. Optar. 56(16), 4720–4726 (2017).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Shen, Y. et al. Láser de fibra ZBLAN fuertemente dopado con Er3+ con conmutación Q pasiva de nivel de vatios y un espejo absorbente semiconductor saturable. Ciencia. Rep. 6(1), 1-7 (2016).

CAS Google Académico

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

Artículo CAS Google Scholar

Yan, P. y col. Un práctico absorbente saturable aislante topológico para láser de fibra de modo bloqueado. Ciencia. Rep. 5(1), 1–5 (2015).

Google Académico

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

Artículo ADS CAS Google Scholar

Jagadish, C. y Pearton, SJ (eds.) Óxido de zinc a granel, películas delgadas y nanoestructuras: procesamiento, propiedades y aplicaciones (Elsevier, 2011).

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

ADS del artículo Google Scholar

Kumar, R., Kumar, G. y 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 Scholar

Ahmad, H. y col. Nanopartículas de óxido de zinc (ZnO) como absorbentes saturables en un láser de fibra con conmutación Q pasiva. Optar. Comunitario. 381, 72–76 (2016).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Johnson, JC y cols. Dinámica de portadores ultrarrápida en láseres de nanocables y nanocintas de ZnO individuales. Nano Lett. 4(2), 197–204 (2004).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Khokhra, R., Bharti, B., Lee, HN y Kumar, R. Fotodetección visible y UV en películas delgadas nanoestructuradas de ZnO mediante un simple método de ajuste de la solución. Ciencia. Rep. 7(1), 1-14 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

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

Artículo CAS Google Scholar

Li, L. y col. 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 Scholar

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. Aplica. Optar. 57(18), 5180–5185 (2018).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Ahmad, H. y col. Láser de fibra dopado con erbio con conmutación Q pasiva en la región de la banda C basado en un absorbente saturable WS 2. Aplica. 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 con conmutación Q que utiliza MoSe2 como absorbente saturable. Optar. Tecnología láser. 79, 20-23 (2016).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Yan, P., Lin, R., Ruan, S., Liu, A. y Chen, H. Un láser de fibra bloqueado en modo armónico pasivo de femtosegundo de 2,95 GHz basado en la interacción de un campo evanescente con una película aislante topológica. Optar. Expreso 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 por láser pulsado. Física láser. Letón. 19(7), 075106 (2022).

ADS del artículo Google Scholar

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

ADS del artículo Google Scholar

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

Artículo ADS CAS Google Scholar

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 conmutada Q. Mentón. Física. B 28(8), 084207 (2019).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Muhammad, FD y cols. Absorbedor saturable de fibra cónica revestido de óxido de zinc/PDMS para láser de fibra dopada con erbio de modo bloqueado pasivamente. Mentón. Física. B 30(5), 054204 (2021).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Anjum, A. et al. Propiedades ópticas relacionadas con la estructura y los defectos de películas delgadas de óxido de zinc altamente orientadas (002). Física. B 644, 414195 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

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

Artículo ADS CAS Google Scholar

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

Artículo ADS CAS Google Scholar

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

Artículo CAS Google Scholar

Hu, T., Hudson, DD y Jackson, SD Láser de anillo de fibra estable, de arranque automático y con 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 de absorbente saturable basado en nanopartículas de CdS directamente sobre la virola de fibra. Optar. Madre. 134 (Parte A), 113109 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Descargar referencias

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

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

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

Correspondencia a Haroon Asghar.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso Abierto Este artículo está bajo una Licencia Internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, compartir, adaptación, distribución y reproducción en cualquier medio o formato, siempre y cuando se dé el crédito apropiado al autor(es) original(es) y a la fuente. proporcione un enlace a la licencia Creative Commons e indique si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la normativa legal o excede el uso permitido, deberá obtener permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

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. Representante científico 12, 20267 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-23511-3

Descargar cita

Recibido: 10 de mayo de 2022

Aceptado: 01 de noviembre de 2022

Publicado: 24 de noviembre de 2022

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

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, actualmente no hay un enlace para compartir disponible para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenidos Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.