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May 15, 2023

Laser à fibre ultrarapide à 1570 nm à base de matière organique comme absorbant saturable

Rapports scientifiques volume 12,

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

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Dans ce travail, nous avons démontré Poly (3,4-éthylènedioxythiophène): poly (styrènesulfonate) (PEDOT: PSS) en tant qu'absorbant 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 incorporé dans de l'alcool polyvinylique pour former un film mince qui agit comme un absorbeur dans la configuration laser. Les trois EDFL à mode verrouillé différents ont été démontrés avec succès avec une longueur de cavité et un rapport de coupleur de sortie différents. 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/une 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 1570,76 nm, 1570,3 nm et 1569,95 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 ultrarapide a été étudiée pour chaque configuration via 120 min. Le PEDOT proposé: PSS s'est avéré être un matériau prometteur pour induire une opération 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 tout 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 raie 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 à puissance de crête élevée, fonctionnant en mode Q-switching3 ou mode-locking4. Les EDFL à verrouillage de mode ont été largement utilisés dans les applications de communication optique à haute capacité en raison de leur capacité distinctive à produire des impulsions femtosecondes 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 rendaient le système rigide et coûteux. Tandis que la technique passive offre une solution plus étanche et diversifiée. Les absorbeurs saturables (SA) sont une clé 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 la 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 sa faisabilité. Des miroirs absorbants saturables à semi-conducteurs (SESAM)10 ont été utilisés comme véritables SA. Malheureusement, les SESAM souffrent de nombreux inconvénients, notamment un coût élevé, une bande passante de fonctionnement étroite, un seuil de dommage faible et une configuration complexe11. Par conséquent, les SA de matériaux émergents deviennent le principal objectif de recherche pour induire un phénomène ultrarapide dans le système laser à fibre. De nombreux matériaux bidimensionnels (2D) et émergents ont été proposés comme SA 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 les 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 évidence comme de nouveaux matériaux émergents, qui présentent une grande flexibilité, une stabilité thermique et une capacité filmogène. Ces propriétés permettent l'utilisation des OM dans les 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), un membre de l'OM, ​​induisait une impulsion picoseconde dans un système laser à fibre25. Cependant, l'étude du potentiel d'OM à induire un laser ultrarapide est encore limitée par rapport à d'autres matériaux émergents.

Dans cette expérience, nous avons démontré un PEDOT: SA basé sur PSS en tant que modulateur passif pour générer une opération de verrouillage de mode dans la région de la bande L EDFL. Le PEDOT : PSS SA a été fabriqué en incorporant de la poudre de PEDOT : PSS dans un polymère hôte d'alcool polyvinylique (PVA). En raison de sa flexibilité physique, de sa caractéristique filmogène et de sa stabilité thermique, PEDOT : PSS présente un grand potentiel dans des applications polyvalentes26,27, en particulier dans les applications photoniques. Le film SA proposé a obtenu d'excellents résultats avec une profondeur de modulation de 50 % et une intensité de saturation de 32 MW/cm2. Un verrouillage de mode stable dans différentes configurations EDFL a été obtenu avec une largeur d'impulsion/puissance de sortie maximale de 710 fs/20,07 mW, 510 fs/15,82 mW et 460 fs/11,89 mW en utilisant un coupleur optique (OC)/longueur de cavité de 20 :80/60,7 m, 10:90/42,7 m et 5:95/33,7 m, respectivement.

PEDOT est l'un des OM les plus explorés et les plus utilisés en raison de sa stabilité dans l'air, de sa résistance à l'humidité et de sa conductivité élevée. Il peut également être polymérisé à partir de 3,4-éthylènedioxythiophène (EDOT) par voie électrochimique ou chimique. Cependant, PEDOT est dopé avec des contre-ions de petites molécules qui sont insolubles dans n'importe quel solvant et insaisissables dans la fabrication à grande échelle caractéristiques, stables et faciles à fabriquer. Le PSS agit comme un moule par contre-ion d'équilibrage de charge et de polymérisation qui maintient dispersés des segments PEDOT cationiques dans un milieu aqueux. La nature hydrophile du PSS et du PEDOT hydrophobe a conduit à la structure noyau-coque 29,30. Le poids moléculaire du PSS et du PEDOT est d'environ 400 000 g/mol et de 1 000 à 2 500 g/mol, respectivement. Le PVA est un matériau polymère qui possède des caractéristiques uniques et excellentes telles que biodégradable, non toxique et entièrement soluble dans l'eau31. La procédure de fabrication du film absorbant consistait à dissoudre 1 mg de PEDOT : PSS dans 10 ml d'eau déminéralisée (DI) à 60 °C pendant 60 min. Au cours du processus de fabrication de la solution PEDOT : PSS, de l'acétone a été ajoutée pour dissoudre la nano-poudre PEDOT : PSS. Ensuite, nous avons préparé le PVA en mélangeant 1 g de PVA dans 100 ml d'eau DI sous agitation dans un agitateur à ultrasons pendant environ 120 min. Ensuite, une solution du mélange PEDOT: PSS PVA a été préparée sur 5 ml de la solution PVA après le processus de fabrication en solution PEDOT: PSS en agitant à 45 ° C pendant environ 180 min. Enfin, le mélange de solution a été décanté dans un moule en plastique de 60 mm de diamètre et séché pendant 3 jours pour former un film mince. L'épaisseur du film a été mesurée à environ 50 μm. Dans ce travail, PEDOT : PSS a été préparé dans différents temps d'agitation et avec différents rapports pondéraux. Les meilleures performances d'un laser pulsé ont été obtenues par ce procédé décrit ci-dessus dans un environnement de laboratoire contrôlé. La figure 1 montre deux échantillons différents d'images SEM ont été prises pour le film SA proposé. Le premier échantillon a montré que les particules de PEDOT : PSS étaient distribuées de manière homogène avec le PVA dans une plage de 100 µm. De petites particules ont été découvertes qui appartiennent au PEDOT : poudre d'agglomération PSS. L'encart est une image SEM prise à un grossissement plus élevé du film SA dans la plage de 10 μm, montrant de nombreux plis sur la surface résultant de la procédure de recuit à température ambiante. L'épaisseur du film SA est mesurée à environ 50 µm. Il a une perte d'insertion d'environ 0,5 dB avec une perte dépendante de la polarisation (PDL) négligeable. Nous avons utilisé le même SA dans les trois expériences différentes.

L'image SEM du film absorbant.

La figure 2a illustre le spectre d'absorbance optique du film SA. Trois pics larges et asymétriques centrés à 216 nm, 302 nm et 384 nm, respectivement. Ces pics correspondent à la transition \(\pi \to {\pi }^{*}\) des molécules PSS, PVA et PEDOT due aux liaisons insaturées32,33. La bande interdite optique (Eg) du film SA peut être calculée sur la base de l'équation (αhv)2 = B(hv-Eg), car n est égal à 2 pour la transition directe, α est le coefficient d'absorption, B est relatif constant et hv est l'énergie du photon qui peut être mesurée via l'équation suivante α(v) = 2,303 × Abs (λ)/d, car d est l'épaisseur du film SA. Nous pouvons obtenir la bande interdite optique par extrapolation linéaire sur l'axe de (αhv)2 en fonction de hv. La figure 2b montre deux valeurs de bande interdite qui ont été acquises à 3,2 et 4,1 eV et appartenaient au PVA et PEDOT modifiés : PSS34,35.

La caractérisation du film SA (a) Le spectre d'absorption optique (b) La courbe de bande interdite optique, et (c) La courbe d'absorption non linéaire.

L'absorption non linéaire du PEDOT : PSS PVA a été étudiée en utilisant une méthode standard de mesure de transmission à 2 bras. Un laser à verrouillage de mode stable a été utilisé comme source pulsée fonctionnant à 1570 nm. Le taux de répétition des impulsions et la durée des impulsions du laser étaient respectivement de 6,049 MHz et 460 fs. La source d'impulsions a été amplifiée par EDFA et connectée à un atténuateur pour modifier la puissance de sortie du laser. Ensuite, le coupleur 3 dB a été utilisé pour diviser la puissance de sortie. Un port a été utilisé comme référence et un autre port a été utilisé pour la mesure de transmission dépendante de la puissance du film SA. La profondeur de modulation du film SA a été atteinte à environ 50 % avec une intensité de saturation de 0,14 MW/cm2, ce qui est supérieur à d'autres travaux récents36,37,38, comme le montre la figure 2c.

Dans cette section, les EDFL à verrouillage de mode ont été démontrés dans 3 longueurs de cavité et un rapport de coupleur de sortie différents. La figure 3 illustre la structure proposée du laser à verrouillage de mode, qui contient une fibre WDM de 0,5 m de long, un EDF de 2,0 m de long, un isolateur optique, un coupleur de sortie, un contrôleur de polarisation (PC) et une fibre monomode supplémentaire. (SMF). L'EDF a un diamètre de cœur, une ouverture numérique et une absorption des ions Erbium de 4 μm, 0,16 et 23 dB/m à 980 nm. La fibre d'erbium de 2 m permet la pose d'électrons sur la bande d'occupation inférieure de la bande d'énergie pendant le processus d'inversion de population et d'induire un effet laser à une longueur d'onde plus longue. Une diode laser de 980 nm a été utilisée pour pomper l'EDF à travers le WDM. Il a généré des photons qui ont oscillé dans la cavité pour former un laser et sortir à travers le coupleur de sortie. Un isolateur a été utilisé pour s'assurer que la lumière laser unidirectionnelle se propageait dans la cavité annulaire. Un contrôleur de polarisation (PC) a été utilisé pour ajuster l'état de polarisation du laser oscillant afin d'optimiser le processus de verrouillage de mode. La fibre EDF, SMF et WDM a une dispersion de vitesse de groupe (GVD) de 27,6 \({\text{ps}}^{2}\text{/km}\), − 21,7 \({\text{ps}} ^{2}\text{/km}\), et − 48,5 \({\text{ps}}^{2}\text{/km}\), respectivement. Des SMF supplémentaires de 50, 32 et 20 m de long ont été intégrés dans la cavité laser annulaire pour trois expériences. Un oscilloscope (OSC) (INSTEK GDS-3352) et un analyseur de spectre radiofréquence (RF) (Anritsu MS2683A) ont été utilisés pour surveiller le train d'impulsions dans le domaine temporel et fréquentiel, respectivement via un photodétecteur rapide InGaAs. L'analyseur de spectre optique (OSA) (YOKOGAWA AQ6370C) avec une résolution de 0,02 nm pour étudier le laser à verrouillage de mode dans le domaine de la longueur d'onde. Alors que le wattmètre optique était utilisé pour mesurer la puissance de sortie du fonctionnement du laser à fibre pulsée. Un autocorrélateur (APE PulseCheck) a été utilisé pour mesurer la durée d'impulsion des impulsions verrouillées en mode.

Configuration laser du fonctionnement EDFL à verrouillage de mode.

Au début, un SMF de 50 m de long a été ajouté dans la cavité annulaire tandis qu'un coupleur de sortie 20:80 a été utilisé afin que 20% de la sortie puisse être extraite pour analyse. Les 80 % ont été renvoyés dans la cavité pour osciller et interagir avec le SA pour la génération d'impulsions à verrouillage de mode. Dans cette expérience, la longueur totale de la cavité était d'environ 60,7 m et la dispersion nette de la cavité a été estimée à - 1,43 \({\text{ps}}^{2}\). Le seuil du laser CW à une puissance de pompe de 10 mW. Au fur et à mesure que la puissance LD augmentait jusqu'à 134 mW, un verrouillage de mode auto-démarré a été généré avec succès. Bien qu'il fonctionne en dessous de la bande interdite matérielle, PEDOT : PSS : SA a démarré en mode verrouillé en raison de cas de sous-bande interdite liés aux bords39. L'EDFL à verrouillage de mode a été maintenu jusqu'à une puissance de pompe maximale de 300 mW avec un taux de répétition de 3,417 MHz.

La caractéristique typique du domaine temporel de l'EDFL à verrouillage de mode à une puissance d'entrée LD maximale de 300 mW est illustrée à la Fig. 4a. Le train d'impulsions était très régulier, avec un taux de répétition des impulsions de 3,417 MHz et une période d'impulsion de 292,6 ns, ce qui correspond à la longueur de cavité dans le laser à l'erbium. Le verrouillage de mode fonctionnait de manière stable entre la plage de puissance de la pompe de 134 à 300 mW. La figure 4b illustre l'énergie d'impulsion et la puissance de sortie moyenne par rapport à la puissance d'entrée LD. À une puissance de pompe de 300 mW, l'énergie d'impulsion maximale et la puissance de sortie moyenne sont atteintes à 5,87 nJ et 20,07 mW, respectivement.

Caractéristique du fonctionnement EDFL à verrouillage de mode (a) train d'impulsions dans le domaine temporel, (b) énergie d'impulsion et puissance de sortie changeant avec la puissance de la pompe (c) spectre optique et (d) trace d'autocorrélateur.

Le spectre optique de l'EDFL à verrouillage de mode à une puissance de pompe de 300 mW est présenté sur la figure 4c. L'impulsion de verrouillage de mode fonctionnait à une longueur d'onde centrale de 1570,76 nm avec une largeur de bande de 3 dB de 4,8 nm. Les bandes latérales de Kelly ont été observées dans le spectre des solitons. Cela était prévisible car l'EDFL à verrouillage de mode fonctionnait dans le régime de dispersion anormale qui facilitait la mise en forme des impulsions de soliton par l'intermédiaire de la modulation d'autophase (SPM) et de l'interaction GVD. Les légers creux au niveau de la bande latérale sont attribués à l'effet du mélange à quatre ondes (FWM) entre le soliton et l'onde dispersive induite par l'échange d'énergie périodique dans le laser à fibre40. Cela correspondait aux bandes latérales de Kelly qui sont visibles des deux côtés du spectre optique, car la valeur de dispersion totale de la cavité mesurée était d'environ − 1,43 \({\text{ps}}^{2}\). La trace d'autocorrélation du laser à verrouillage de mode soliton est présentée sur la figure 4d. Le modèle d'impulsion suit le profil d'impulsion \({\text{sech}}^{2}\) avec une durée de 710 fs et un produit temps-bande passante (TBP) a été mesuré à ~ 0,414, ce qui indique que l'impulsion est légèrement gazouillait. Ce chirp peut être partiellement dû à la dispersion de troisième ordre. Un autre facteur peut être le filtrage spectral à travers le milieu de gain à l'erbium non uniforme41. Il observe également que le changement de température ambiante n'a pas d'impact sur les performances de l'EDFL en mode verrouillé.

La figure 5a illustre le spectre RF du fonctionnement EDFL à verrouillage de mode à une puissance d'entrée de 300 mW et une plage de fréquences de 138 MHz. La fréquence fondamentale a été enregistrée à 3,417 MHz, ce qui correspond à la longueur de la cavité laser, et elle est estimée sur la base de l'équation \(\text{f=c/nL}\), car c est la vitesse de la lumière, n est la indice de réfraction d'une fibre optique, et L est la longueur de la cavité. Comme L vaut 60,7 m, c vaut 3 × 108 et n vaut 1,44 à 1500 nm, la fréquence fondamentale a été estimée à 3,432 MHz. Les calculs théoriques de la fréquence correspondent à la fréquence du travail expérimental, qui a atteint environ 3,417 MHz. Le SNR de 69 dB à 3,417 MHz a prouvé la stabilité du verrouillage de mode fonctionnant dans la cavité42. L'évaluation à long terme du fonctionnement EDFL à verrouillage de mode est présentée à la Fig. 5b. L'EDFL à verrouillage de mode soliton stable a été généré en laboratoire pendant jusqu'à 2 h sans aucune dégradation notable des performances du train d'impulsions et du spectre RF. Les spectres de sortie ont été pris toutes les 5 min pendant une période totale de 2 h, la longueur d'onde centrale, la bande passante de 3 dB et la longueur d'onde de crête fonctionnant régulièrement à 1570, 76 nm, 4, 8 nm et - 32, 34 dBm, respectivement.

Performances EDFL à verrouillage de mode avec une longueur de cavité de 60,7 m (a) Spectre RF et (b) Stabilité à long terme.

Dans la deuxième expérience, un SMF de 32 m de long a été ajouté dans la cavité EDFL pour former une longueur de cavité de 42,7 m avec une dispersion nette de la cavité de - 1,02 \({\text{ps}}^{2}\). Un coupleur de sortie 90:10 a été utilisé au lieu d'un coupleur 80:20 pour obtenir le résultat optimal. L'impulsion à verrouillage de mode a été réalisée sous la forme d'une puissance LD d'entrée de seuil plus petite de 129 mW. L'opération de verrouillage de mode a été maintenue jusqu'à une puissance de pompe de 295 mW. La figure 6a illustre le train d'impulsions EDFL à verrouillage de mode avec un taux de répétition d'impulsions de 4,831 MHz à la puissance de pompe maximale de 295 mW. La période d'impulsion a été mesurée à environ 207 ns, ce qui correspond bien à la longueur de la cavité. La fréquence fondamentale a été estimée en fonction de la longueur de la cavité qui était d'environ 4,879 MHz sur la base de l'équation précédente, car la longueur totale de la cavité était d'environ 41,7 m. La figure 6b illustre l'énergie d'impulsion et la puissance de sortie du fonctionnement EDFL à verrouillage de mode telles qu'elles sont tracées par rapport à la puissance d'entrée LD. Lorsque la puissance de la pompe a été augmentée de 129 à 295 mW, l'énergie d'impulsion a augmenté de 1,94 à 3,27 nJ, tandis que la puissance de sortie a augmenté de 9,41 à 15,82 mW, respectivement.

Caractéristiques temporelles et spectrales de l'impulsion soliton avec une longueur de cavité de 35 m (a) train d'impulsions typique, (b) énergie d'impulsion et puissance de sortie changeant avec la puissance de pompe (c) spectre de sortie et (d) trace d'autocorrélateur.

Le spectre de sortie du fonctionnement EDFL à verrouillage de mode est présenté sur la Fig. 6c. Le verrouillage de mode fonctionnait à une longueur d'onde centrale de 1570,3 nm avec une bande passante de 3 dB de 5,6 nm. Le laser fonctionnait à une longueur d'onde plus courte par rapport à celle de la cavité précédente en raison de l'utilisation d'une longueur de cavité plus courte et d'un coupleur 90:10, ce qui à son tour réduit la perte totale de la cavité. La figure 6d illustre le tracé d'autocorrélation de la mesure de la durée d'impulsion du fonctionnement EDFL à verrouillage de mode, car la largeur d'impulsion a été obtenue de 510 fs. Comme prévu, la largeur d'impulsion est plus courte que l'expérience précédente en raison de la plus grande largeur de bande de 3 dB enregistrée. Le TBP a été calculé à ~ 0,35, ce qui est plus proche du TBP limité par la transformation pour \({\text{sech}}^{2}\) impulsions de 0,315 par rapport à la configuration précédente.

La figure 7a illustre le spectre RF du fonctionnement en mode verrouillé. Il montre une fréquence fondamentale à 4,831 MHz. avec SNR de 71 dB. La stabilité du fonctionnement du laser a été étudiée plus en détail en effectuant une observation de 120 minutes, comme indiqué sur la figure 7b. Le fonctionnement du laser a fonctionné de manière stable sans aucune dégradation notable des performances du train d'impulsions et du spectre RF.

Performances EDFL à verrouillage de mode avec une longueur de cavité de 42,7 m (a) spectre RF et (b) stabilité à long terme.

Dans la troisième expérience, la longueur de la cavité est encore réduite à 33,7 m pour améliorer les performances de verrouillage de mode du laser. Un SMF supplémentaire de 20 m de long a été intégré dans la cavité de l'anneau laser pour atteindre une dispersion de la cavité de − 0,84 \({\text{ps}}^{2}\). Un coupleur de sortie 95:5 a été utilisé dans la cavité proposée pour réduire davantage la perte dans la cavité laser afin d'obtenir une largeur d'impulsion plus courte. Une impulsion soliton auto-démarrée a été produite avec succès à la puissance de pompe seuil de 124 mW. Le laser fonctionnait à un taux de répétition d'impulsions constant de 6,049 MHz entre une puissance de pompe de 124 à 290 mW. La figure 8a illustre un train d'impulsions typique à une puissance de pompe de 290 mW, indiquant un train d'impulsions à verrouillage de mode identique sans instabilités ni distorsion significatives. La période d'impulsion est d'environ 165,3 ns, ce qui correspond à la longueur de la cavité et au taux de répétition. L'énergie d'impulsion et la puissance de sortie moyenne ont augmenté de manière linéaire avec l'augmentation de la puissance de la pompe, comme enregistré sur la figure 8b. À la puissance de pompe maximale de 290 mW, l'énergie d'impulsion et la puissance de sortie moyenne sont mesurées à 1,96 nJ et 11,89 mW, respectivement.

Propriétés spectrales et temporelles de l'impulsion soliton avec une longueur de cavité de 33,7 m (a) train d'impulsions typique, (b) énergie d'impulsion et puissance de sortie changeant avec la puissance de pompe (c) longueur d'onde laser (d) trace d'autocorrélateur.

La figure 8c présente le spectre optique de sortie à la puissance de pompe de 290 mW. Le laser fonctionnait comme un spectre soliton à une longueur d'onde centrale de 1569,95 nm avec une bande passante de 3 dB de 6,5 nm. L'EDFL à verrouillage de mode fonctionnait à une dispersion de cavité anormale et prouvé par les bandes latérales de Kelly43. La longueur d'onde du laser a démontré des bandes latérales de Kelly symétriques avec une distance aux longueurs d'onde centrales de 2, 9, 6, 9 et 10, 9 nm pour le premier, le deuxième et le troisième ordre, respectivement. La distance est liée à la durée de l'impulsion, à la longueur d'onde de fonctionnement et à la dispersion nette totale44. La figure 8d montre la trace d'autocorrélation avec un ajustement sech2 qui a une largeur d'impulsion de 460 fs. Le TBP est de 0,363, ce qui se rapproche de la valeur de transformation limitée de 0,315, indiquant que l'impulsion est légèrement modulée.

Le spectre de sortie RF a été enregistré comme indiqué sur la figure 9a. La fréquence fondamentale du laser (6,049 MHz) a un très bon rapport signal sur bruit (SNR) de ~ 75 dB, ce qui a encore vérifié la stabilité du laser. L'évaluation à long terme du fonctionnement du laser est présentée sur la figure 9b. L'EDFL à verrouillage de mode a fonctionné de manière stable en laboratoire jusqu'à 2 h sans aucune dégradation notable des performances du train d'impulsions et du spectre RF. Les spectres de sortie ont été pris toutes les 5 min pendant une période totale de 2 h, la longueur d'onde centrale, la bande passante de 3 dB et l'intensité maximale du spectre étant maintenues à 1569,95 nm, 6,5 nm et -23,69 dBm, respectivement.

Performances EDFL à verrouillage de mode avec une longueur de cavité de 33,7 m (a) spectre RF et (b) évaluation longue durée.

Toutes les expériences ont généré des trains d'impulsions stables avec d'excellentes performances pour le développement de lasers à verrouillage de mode haute puissance. Le tableau 1 montre les trois opérations EDFL à verrouillage de mode en fonction de la longueur de la cavité et du rapport de coupleur de sortie. Les trois modes verrouillés différents ont permis d'obtenir un laser de sortie à haute stabilité avec d'excellentes performances. D'après les expériences, PEDOT: PSS s'est avéré être une fonction SA exceptionnelle pour induire un laser ultrarapide avec une bonne stabilité à long terme et une réutilisabilité dans différentes cavités de dispersion.

Parallèlement au développement de l'absorbant saturable, il a été rapporté que de nombreux matériaux induisaient un fonctionnement à verrouillage de mode dans le système laser à fibre, notamment les TMD45,46,47,48,49,50, les TIs51,52,53, le MXene54 et d'autres matériaux émergents55,56, 57,58. Ces matériaux ont prouvé leur capacité à induire des phénomènes ultrarapides, allant de la picoseconde à la femtoseconde. Par rapport à ce travail, nous avons atteint une largeur d'impulsion de 460 fs avec une énergie d'impulsion de 1,96 nJ. Même si ce n'est pas le meilleur résultat parmi les travaux rapportés, il est comparable à la plupart des littératures rapportées. Plus important encore, PEDOT : PSS en tant que membre de la famille OM, il a hérité de caractéristiques physiques exceptionnelles, notamment la stabilité thermique et la capacité de formation de film. Les résultats rapportés dans ce travail ont prouvé le grand potentiel de PEDOT : PSS en tant qu'absorbant saturable. Ainsi, il pourrait être une alternative en tant que matériau absorbant saturable pour répondre aux différents besoins de l'industrie.

Des lasers ultrarapides ont été démontrés avec succès en utilisant PEDOT : SA à base de PSS dans des cavités en anneau fonctionnant dans une bande L. Le premier SA a été obtenu en incorporant le PEDOT : PSS dans un film PVA. Il a une profondeur de modulation de 50 % avec une intensité de saturation de 0,15 \({\text{M}}{\text{W/cm}}^{2}\). Trois impulsions verrouillées en mode soliton différentes ont été démontrées sur la base de trois longueurs de cavité différentes. Le laser fonctionnait au taux de répétition/largeur d'impulsion de 3,417 MHz/710 fs, 4,831 MHz/510 fs et 6,049 MHz/460 fs en utilisant un coupleur optique (OC)/longueur de cavité de 20:80/60,7, 10:90 /42,7 et 5:95/33,7 m, respectivement. Ces lasers produisaient des impulsions solitons stables fonctionnant à une longueur d'onde centrale d'environ 1570 nm.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article publié [et ses fichiers d'informations supplémentaires].

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Zian Cheak Tiu

Département de physique, Faculté des sciences et technologies, Université Airlangga, Surabaya, 60115, Indonésie

M. Yasin & SW Harun

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Tous les auteurs ont une contribution égale dans ce manuscrit.

Correspondance avec Zian Cheak Tiu ou SW Harun.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Al-Hiti, AS, Tiu, ZC, Yasin, M. et al. Laser à fibre ultrarapide à 1570 nm à base de matière organique comme absorbant saturable. Sci Rep 12, 13288 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-17724-9

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Reçu : 17 mai 2022

Accepté : 29 juillet 2022

Publié: 02 août 2022

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

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