Améliorer la stabilité de l’erbium

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 20267 (2022) Citer cet article

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Dans cet article, nous présentons les performances et la stabilité d'un laser à fibre dopé à l'erbium (EDFL) basé sur un absorbeur saturable (SA) de ZnO préparé selon deux schémas : la méthode en solution (SM) et la technique de dépôt par laser pulsé (PLDT). Il a été observé que l'EDFL avec ZnO-SA préparé à l'aide de SM émet à 1561,25 nm sous une puissance de pompe de 230 mW. À mesure que la puissance de la pompe passe de 22,2 mW à 75,3 mW, la durée des impulsions diminue de 24,91 à 10,69 µs et les taux de répétition des impulsions augmentent de 11,59 à 40,91 kHz. Outre une puissance de pompe de 75,3 mW, la puissance de crête, l'énergie d'impulsion et la puissance de sortie moyenne sont mesurées respectivement à 0,327 mW, 2,86 nJ et 0,18 mW. Cependant, lorsque le SA à base de PLDT a été incorporé dans la cavité annulaire, la longueur d'onde d'émission est observée à 1568,21 nm avec une puissance de pompe de 230 mW. Avec l'augmentation de la puissance de la pompe de 22,2 mW à 418 mW, les taux de répétition des impulsions augmentent de 10,79 à 79,37 kHz et la largeur d'impulsion diminue de 23,58 à 5,6 µs. De plus, la puissance maximale, l’énergie d’impulsion et la puissance de sortie moyenne sont respectivement de 10,9 mW, 74 nJ et 5,35 mW. La stabilité de l'EDFL basée sur les SA préparées à l'aide de SM et de PLDT a également été étudiée. À la connaissance de l'auteur, il s'agit de la première comparaison des performances et de la stabilité à long terme de l'EDFL basée sur deux techniques expérimentales de SA basées sur SM et PLDT. Ces résultats suggèrent que les SA basées sur PLDT offrent une stabilité optimale sur une longue période et améliorent les performances des lasers à fibre par rapport aux SA préparées à l'aide de la technique SM conventionnelle. Cette étude ouvre la voie au développement de SA ultra-stables pour leurs applications potentielles dans les sources laser pulsées et les dispositifs photoniques.

Les lasers à fibre pulsée ont attiré beaucoup d'attention ces dernières années en raison de leurs applications potentielles dans les domaines de la spectroscopie, du traitement des matériaux, du micro-usinage, du médical et des télécommunications1,2,3. Pour la formation d'impulsions dans les lasers, un absorbeur saturable (SA) est inséré dans la cavité qui module les pertes optiques qui ont des applications majeures dans la commutation Q et le verrouillage de mode des lasers. Par conséquent, le SA est un élément clé pour obtenir un fonctionnement à impulsions ultra-courtes des lasers à fibre. Une variété de SA, tels que les nanotubes de carbone4,5, le graphène6, les SA à base de films d'oxyde7,8, les miroirs semi-conducteurs à absorbeur saturable (SESAM)9,10 et les isolants topologiques11,12 ont été mis en œuvre dans les lasers à fibre et les cavités pour le mode passif. -Génération d'impulsions verrouillées. Parmi les films d'oxyde, le matériau ZnO est considéré comme un matériau viable en raison de ses caractéristiques électriques et optiques. Le ZnO a une bande interdite directe de 3,37 eV13, une stabilité thermique, chimique et mécanique optimale, une tension de seuil faible et un temps de récupération ultra-rapide14,15,16,17. En raison de ces caractéristiques intéressantes, le ZnO a des applications potentielles dans les dispositifs optoélectroniques à courte longueur d'onde, les diodes laser ultraviolettes (UV) et les diodes électroluminescentes18. Plus récemment, les SA à base de ZnO dans les lasers à fibre dopée à l'erbium/ytterbium ont attiré beaucoup d'attention de la part des chercheurs. Les caractéristiques fondamentales d'un SA idéal sont sa stabilité à long terme, son seuil de dommage élevé, son temps de récupération rapide, sa faible intensité de saturation, sa profondeur de modulation optimale et sa facilité de fabrication et de mise en œuvre dans la cavité laser. L'alignement optique complexe, la stabilité, les processus de fabrication complexes et la sensibilité environnementale limitent les applications pratiques des SA pour le fonctionnement de la commutation Q et du verrouillage de mode. De nombreuses techniques expérimentales telles que le dépôt de nanoparticules sur une virole de fibre , la méthode de solution (SM) 21, 22, 23 et la technique de dépôt par laser pulsé (PLDT) 24, 25 ont été proposées et démontrées pour fabriquer des SA dans des cavités laser pour Q. -commutation et verrouillage de mode des impulsions optiques. Cependant, les SA préparées à l'aide de techniques conventionnelles telles que les techniques à base de SM et de nanoparticules sont très instables et difficiles à aligner à l'intérieur de la cavité laser car elles sont sensibles à l'environnement et ont un faible seuil de dommage. Dans la littérature, la stabilité à court terme de l'EDFL a été rapportée et la puissance de sortie des spectres optiques a été mesurée pendant 30 à 60 min . La stabilité temporelle à court terme limite les applications pratiques des lasers à fibre pulsés où un fonctionnement pulsé constant et stable est requis sur une longue période. Pour relever ce défi, nous avons d'abord mesuré la stabilité de notre EDFL proposé en termes de tension crête à crête (VP – P) de fonctionnement par impulsion de sortie pendant 5 h en continu. En outre, une comparaison des différentes techniques expérimentales proposées est hautement souhaitée afin d'identifier la meilleure approche pour la fabrication de SA hautement stables pour les lasers à fibre, faciles à aligner et offrant un seuil de dommage élevé à l'intérieur des cavités laser.