Laser à fibre ultrarapide à 1570 nm basé sur un matériau organique comme absorbeur saturable

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 13288 (2022) Citer cet article

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Dans ce travail, nous avons démontré le poly (3,4-éthylènedioxythiophène): poly (styrène sulfonate) (PEDOT: PSS) en tant qu'absorbeur saturable (SA) pour produire une opération de verrouillage de mode dans différentes longueurs de laser à fibre dopée à l'erbium (EDFL). Le PEDOT : PSS a été intégré dans de l'alcool polyvinylique pour former un film mince qui agit comme un absorbeur dans la configuration laser. Les trois différents EDFL à mode verrouillé ont été démontrés avec succès avec différentes longueurs de cavité et rapports de coupleur de sortie. Le taux de répétition/largeur d'impulsion de 3,417 MHz/710 fs, 4,831 MHz/510 fs et 6,049 MHz/460 fs ont été obtenus en utilisant un coupleur optique/longueur de cavité de 20 : 80/60,7 m, 10 : 90/42,7 m et 5:95/33,7 m, respectivement. Toutes les expériences ont généré un fonctionnement stable et verrouillé en mode à une longueur d'onde centrale de 1 570,76 nm, 1 570,3 nm et 1 569,95 nm avec une bande passante de 3 dB de 4,8 nm, 5,6 nm et 6,5 nm, respectivement. La stabilité à long terme des lasers à fibre ultrarapides a été étudiée pour chaque configuration pendant 120 minutes. Le PEDOT : PSS proposé s'est révélé être un matériau prometteur pour induire un fonctionnement de verrouillage de mode dans différentes configurations de laser à fibre.

Une variété de systèmes photoniques tels que l'optique non linéaire et la vision entièrement fibre ont été révolutionnés avec les caractéristiques distinctives des lasers à fibre dopée à l'erbium (EDFL). L'énorme croissance des intérêts de recherche dans les EDFL est attribuée à leur capacité à produire des sorties accordables avec une qualité de faisceau parfaite, une faible perte d'insertion, une puissance de sortie élevée et une largeur de ligne étroite1,2. Ces lasers à fibre peuvent fonctionner en mode impulsionnel ou en onde continue (CW). Les EDFL pulsés font référence à des lasers ultrarapides avec une puissance de crête élevée, fonctionnant en mode Q-switching3 ou mode-locking4. Les EDFL à mode verrouillé ont été largement utilisés dans les applications de communication optique de haute capacité en raison de leur capacité distinctive à produire une impulsion femtoseconde via des techniques actives ou passives5. La technique active nécessitait des modulateurs externes et des composants électroniques, tels que des modulateurs photoélectriques et des optiques acoustiques6, qui rendent le système rigide et coûteux. Tandis que la technique passive apporte une solution plus étanche et diversifiée. Les absorbeurs saturables (SA) sont essentiels pour générer un laser ultrarapide dans la technique passive qui peut être classé en SA réels et artificiels. Les SA artificielles sont la formation de composants optiques, tels que l'évolution de polarisation non linéaire (NPE)7, les miroirs à boucle d'amplification non linéaire (NALM)8 et les miroirs à boucle optique non linéaire (NOLM)9. Les SA artificielles nécessitaient la formation de plusieurs composants optiques et une sensibilité aux perturbations environnementales, ce qui limitait leur faisabilité. Les miroirs absorbants saturables à semi-conducteurs (SESAM)10 ont été utilisés comme de véritables SA. Malheureusement, les SESAM souffrent de nombreux inconvénients, notamment un coût élevé, une bande passante de fonctionnement étroite, un faible seuil de dommages et une configuration complexe11. Par conséquent, les matériaux émergents SA deviennent le principal objectif de recherche pour induire un phénomène ultrarapide dans les systèmes laser à fibre. De nombreux matériaux bidimensionnels (2D) et émergents ont été proposés comme AS pour générer un laser pulsé, notamment le graphène12, les nanotubes de carbone (CNT)13, le phosphore noir (BP)14, les dichalcogénures de métaux de transition (TMD)15,16, 17, et des isolants topologiques (TI)18,19,20. Ces matériaux ont prouvé un grand potentiel en tant que SA avec leurs performances exceptionnelles en termes d'absorption21, de taille22, de stabilité chimique23 et de temps de récupération24. Récemment, les matériaux organiques (MO) ont été mis en avant comme un nouveau matériau émergent, qui présente une grande flexibilité, stabilité thermique et capacité filmogène. Ces propriétés permettent l’utilisation des OM dans des technologies de pointe. Sans surprise, l’application OM s’étend aux applications laser ultrarapides. Par exemple, il a été rapporté que le polymère de poly (3,4-éthylènedioxythiophène) polystyrène sulfonate (PEDOT : PSS), membre de l'OM, ​​induisait une impulsion picoseconde dans un système laser à fibre25. Cependant, l’étude du potentiel de l’OM à induire un laser ultrarapide reste encore limitée par rapport à d’autres matériaux émergents.