에르븀의 안정성 향상

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 20267(2022) 이 기사 인용

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본 논문에서는 용액법(SM)과 펄스 레이저 증착 기술(PLDT)이라는 두 가지 방식을 사용하여 준비된 ZnO 포화 흡수체(SA) 기반 에르븀 첨가 광섬유 레이저(EDFL)의 성능과 안정성을 제시합니다. SM을 사용하여 제조된 ZnO-SA가 포함된 EDFL은 230mW의 펌프 전력에서 1561.25nm에서 방출되는 것으로 관찰되었습니다. 펌프 전력이 22.2mW에서 75.3mW로 증가함에 따라 펄스 지속 시간은 24.91μs에서 10.69μs로 감소하고 펄스 반복 속도는 11.59에서 40.91kHz로 증가합니다. 75.3mW의 펌프 전력 외에도 피크 전력, 펄스 에너지 및 평균 출력 전력은 각각 0.327mW, 2.86nJ 및 0.18mW로 측정됩니다. 그러나 PLDT 기반 SA가 링 캐비티에 통합되면 방출 파장은 230mW의 펌프 전력에서 1568.21nm에서 나타납니다. 펌프 전력이 22.2mW에서 418mW로 증가하면 펄스 반복률은 10.79kHz에서 79.37kHz로 증가하고 펄스 폭은 23.58에서 5.6μs로 감소합니다. 또한 피크 전력, 펄스 에너지 및 평균 출력 전력은 각각 10.9mW, 74nJ 및 5.35mW로 관찰되었습니다. SM 및 PLDT를 사용하여 제조된 SA를 기반으로 한 EDFL의 안정성도 조사되었습니다. 저자가 아는 한, 이는 SM 및 PLDT 기반 SA의 두 가지 실험 기술을 기반으로 한 EDFL의 성능과 장기 안정성을 비교한 최초의 것입니다. 이러한 결과는 PLDT 기반 SA가 기존 SM 기술을 사용하여 준비된 SA에 비해 장기간에 걸쳐 최적의 안정성을 제공하고 파이버 레이저의 성능을 향상시켰음을 시사합니다. 이 연구는 펄스 레이저 소스 및 광자 장치에 잠재적으로 응용할 수 있는 매우 안정적인 SA 개발의 길을 열었습니다.

펄스 파이버 레이저는 분광학, 재료 가공, 미세 가공, 의료 및 통신1,2,3에서의 잠재적인 응용으로 인해 최근 몇 년 동안 많은 주목을 받아 왔습니다. 레이저의 펄스 형성을 위해 포화 흡수체(SA)가 공동에 삽입되어 레이저의 Q-스위칭 및 모드 잠금에 주요 응용 분야가 있는 광학 손실을 변조합니다. 따라서 SA는 광섬유 레이저의 초단 펄스 작동을 구현하는 핵심 구성 요소입니다. 탄소 나노튜브4,5, 그래핀6, 산화물 필름 기반 SA7,8, SESAM(반도체 포화 흡수 거울)9,10 및 토폴로지 절연체11,12와 같은 다양한 SA가 수동 모드용 파이버 레이저 및 공동에 구현되었습니다. -잠긴 펄스 생성. 산화막 중에서 ZnO 재료는 전기적, 광학적 특성으로 인해 실행 가능한 재료로 간주됩니다. ZnO는 3.37 eV13의 직접 밴드 갭, 최적의 열, 화학적 및 기계적 안정성, 낮은 임계 전압 및 초고속 복구 시간을 갖습니다. 이러한 흥미로운 특성으로 인해 ZnO는 단파장 광전자 장치, 자외선(UV) 레이저 다이오드 및 발광 다이오드에 잠재적으로 응용될 수 있습니다. 가장 최근에는 에르븀/이테르븀 도핑 광섬유 레이저의 ZnO 기반 SA가 연구자들로부터 많은 주목을 받았습니다. 이상적인 SA의 기본 특성은 장기 안정성, 높은 손상 임계값, 빠른 복구 시간, 낮은 포화 강도, 최적의 변조 깊이, 레이저 공동에서의 제작 및 구현 용이성입니다. 복잡한 광학 정렬, 안정성, 복잡한 제조 공정 및 환경 민감도는 Q-스위칭 및 모드 잠금 작동을 위한 SA의 실제 적용을 제한합니다. 섬유 페룰에 나노입자 증착, 솔루션 방법(SM)21,22,23 및 펄스 레이저 증착 기술(PLDT)24,25과 같은 많은 실험 기술이 제안되었으며 Q에 대한 레이저 공동에서 SA를 제작하기 위해 시연되었습니다. -광 펄스의 전환 및 모드 잠금. 그러나 SM 및 나노입자 기반 기술과 같은 기존 기술을 사용하여 준비된 SA는 환경에 민감하고 손상 임계값이 낮기 때문에 매우 불안정하고 레이저 캐비티 내부에 정렬하기 어렵습니다. 문헌에서는 EDFL의 단기 안정성이 보고되었으며 광학 스펙트럼의 출력 전력은 30-60분 동안 측정되었습니다. 단기적인 타이밍 안정성은 장기간에 걸쳐 일정하고 안정적인 펄스 작동이 필요한 펄스 광섬유 레이저의 실제 적용을 제한합니다. 이 문제를 해결하기 위해 먼저 5시간 연속 출력 펄스 작동의 피크 간 전압(VP-P) 측면에서 제안된 EDFL의 안정성을 측정했습니다. 제안된 다양한 실험 기술을 비교하는 것 외에도 정렬하기 쉽고 레이저 공동 내부에 높은 손상 임계값을 제공하는 매우 안정적인 광섬유 레이저용 SA 제작을 위한 최선의 접근 방식을 식별하는 것이 매우 바람직합니다.