Ukrainian Journal of Physical Optics 

Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Q-switched erbium-doped fibre laser using graphene-based saturable absorber obtained by mechanical exfoliation

Saleh Z. S., Anyi C. L., Rahman A. A., Ali N. M., Harun S. W., Manaf M. and Arof H.

Download this article

Abstract. A stable passively Q-switched erbium-doped fibre laser (EDFL) operating at 1536.5 nm is developed, using a 1 m long erbium-doped fibre as a gain medium and a simple graphene-based saturable absorber (SA). Using mechanical exfoliation, a single layer of graphene is obtained and deposited on the end facet of an optical fibre ferrule, which is then connected to another ferrule to form the SA. The SA is integrated into an EDFL cavity to achieve a stable pulse train at the threshold pump power of 42.3 mW. When the pump power increases from 42.3 to 63.5 mW, the pulse train repetition rate increases from 10.3 to 32.4 kHz, while the pulse width varies from 10.7 to 31.0 μs. The highest energy, 166.2 nJ, is achieved at the pump power of 42.3 mW.

Keywords: erbium-doped fibre laser, Q-switching, graphene saturable absorber, mechanical exfoliation

PACS: 42.55.Wd, 42.60.Gd
UDC: 535.574:621.375.82+537.874.37
Ukr. J. Phys. Opt. 15 24-29
doi: 10.3116/16091833/15/1/24/2014
Received: 24.09.2013

Анотація. Продемонстровано стабільне функціонування волоконного лазера на основі легованого ербію та пасивної модуляції добротності. Лазер складається з легованого ербієм волокна завдовжки 1 м, що слугує підсилюючим середовищем, і простого та дешевого графенового поглинача з насиченням. Лазер випромінює на довжині хвилі 1536,5 нм. Моношар графену отримано механічним відшаруванням. Поглинач з насиченням формували, наносячи цей моношар на торець оптичної волоконної муфти, приєднаної до іншої муфти. Поглинач інтегрували в резонатор волоконного лазера для досягнення стабільного набору імпульсів при пороговій потужності нагнітання 42,3 мВт. Зі зростанням потужності нагнітання від 42,3 до 63,5 мВт частота повторення імпульсів зростала від 10,3 до 32,4 кГц, а тривалість імпульса змінювалася від 10,7 до 31,0 мкс. Найвищу енергію 166,2 нДж було досягнуто за потужності нагнітання 42,3 мВт.. 

REFERENCES
  1. Kobtsev S M, Kukarin S V and Fedotov Y S, 2008. High-energy Q-switched fiber laser based on the side-pumped active fiber. Laser Phys. 18: 1230–1233. doi:10.1134/S1054660X08110029
  2. Wang Y and Xu C–Q, 2007. Actively Q-switched fiber lasers: Switching dynamics and nonlinear processes. Progr. Quant. Electron. 31: 131–216. doi:10.1016/j.pquantelec.2007.06.001
  3. Lin J–H, Lin K–H, Hsu C–C, Yang W H and Hsieh W–F, 2007. Supercontinuum generation in a microstructured optical fiber by picosecond self Q-switched mode-locked Nd:GdVO4 laser. Laser Phys. Lett. 4: 413–415. doi:10.1002/lapl.200610131
  4. Yang W, Hou J, Zhang B, Song R and Liu Z, 2012. Semiconductor saturable absorber mirror passively Q-switched fiber laser near 2 μm. Appl. Opt. 51: 5664–5667. doi:10.1364/AO.51.005664 PMid:22885579 
  5. Wang H–Y, Xu W–C, Luo A–P, Dong J–L, Cao W–J and Wang L–Y, 2012. Controllable dissipative soliton and Q-switched pulse emission in a normal dispersion fiber laser using SESAM and cavity loss tuning mechanism. Opt. Commun. 285: 1905–1907. doi:10.1016/j.optcom.2011.12.053
  6. Harun S W, Ismail M A, Ahmad F, Ismail M F, Nor R M, Zulkepely N R and Ahmad H, 2012. A Q-switched erbium-doped fiber laser with a carbon nanotube based saturable absorber. Chinese Phys. Lett. 29: 114202. doi:10.1088/0256-307X/29/11/114202
  7. Ismail M A, Harun S W, Zulkepely N R, Nor R M, Ahmad F and Ahmad H, 2012. Nanosecond soliton pulse generation by mode-locked erbium-doped fiber laser using single-walled carbon-nanotube-based saturable absorber. Appl. Opt. 51: 8621–8624. doi:10.1364/AO.51.008621PMid:23262603 
  8. Hasan T, Sun Z, Wang F, Bonaccorso F, Tan P H, Rozhin A G and Ferrari A C, 2009. Nanotube–polymer composites for ultrafast photonics. Adv. Mater. 21: 3874–3899. doi:10.1002/adma.200901122
  9. Bonaccorso F, Sun Z, Hasan T and Ferrari A C, 2010. Graphene photonics and optoelectronics. Nature Photonics. 4: 611–622. http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2010.186
  10. Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Jiang D, Zhang Y, Dubonos S V, Grigorieva I V and Firsov A A, 2004. Electric field effect in atomically thin carbon films. Science. 306: 666–669. doi:10.1126/science.1102896 PMid:15499015 
  11. Zhang H, Tang D Y, Zhao L M, Bao Q L and Loh K P, 2009. Large energy mode locking of an erbium-doped fiber laser with atomic layer graphene. Opt. Express. 17: 17630. doi:10.1364/OE.17.017630PMid:19907547 
  12. Popa D, Sun Z, Torrisi F, Hasan T, Wang F and Ferrari A C, 2010. Sub 200 fs pulse generation from a graphene mode-locked fiber laser. Appl. Phys. Lett. 97: 203106. doi:10.1063/1.3517251
  13. Sun Z, Hasan T, Torrisi F, Popa D, Privitera G, Wang F, Bonaccorso F, Basko D M and Ferrari A C, 2010. Graphene mode-locked ultrafast laser. ACS Nano. 4: 803–810. doi:10.1021/nn901703e PMid:20099874 
  14. Jiang T M, Ma H F, Ren Z Y, Chen X M, Long J Y, Qi M, Shen D Y, Wang Y S and Bai J T, 2013. A graphene Q-switched nanosecond Tm-doped fiber laser at 2 μm. Laser Phys. Lett. 10: 055103.doi:10.1088/1612-2011/10/5/055103
  15. Zhang L Q, Zhuo Z, Wang J X and Wang Y Z, 2012. Passively Q-switched fiber laser based on graphene saturable absorber. Laser Phys. 22: 433–436. doi:10.1134/S1054660X12020284
  16. Huang N M, Lim H N, Chia C H, Yarmo A and Muhamad M R, 2011. Simple room-temperature preparation of high-yield large-area graphene oxide. Int. J. Nanomedicine. 6: 3443–3448. doi:10.2147/IJN.S26812 PMid:22267928 PMCid:PMC3260037 
  17. Ferrari A C, Meyer J C, Scardaci V, Casiraghi C, Lazzeri M, Mauri F, Piscanec S, Jiang D, Novoselov K S, Roth S and Geim A K, 2006. Raman spectrum of graphene and graphene layers. Phys. Rev. Lett. 97: 187401. doi:10.1103/PhysRevLett.97.187401 PMid:17155573 
  18. Chen S, Brown L, Levendorf M, Cai W, Ju S–Y, Edgeworth J, Li X, Magnuson C W, Velamakanni A, Piner R D, Kang J, Park J and Ruoff R S, 2011. Oxidation resistance of graphene-coated Cu and Cu/Ni alloy. ACS Nano. 5: 1321–1327. doi:10.1021/nn103028d PMid:21275384 
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics
4CA13E