Terobosan Baru dalam Teknologi Pulsa Laser Ultrapendek

Laser menjadi bagian integral dari perangkat dan industri yang tak terhitung jumlahnya. Ketika sinar laser berinteraksi dengan permukaan bahan berskala nano, ia memancarkan gelombang cahaya yang disebut "plasmon" (plasma exciton), dan sifat eksiton plasma tertentu dapat menyampaikan informasi. Dalam transmisi optik, laser memompa cahaya ke dalam komponen yang disebut "penyerap saturasi" untuk menghasilkan sinyal optik.
Baru-baru ini, Yu Yao, profesor teknik elektro di Arizona State University, dan tim risetnya di Arizona State's Center for Photonics Innovation telah merancang elemen laser berskala nano yang lebih cepat dan lebih hemat energi yang disebut graphene-plasma hybrid meta-structured saturable absorber, atau GPSMA.
GPSMA memiliki aplikasi potensial dalam industri seperti komunikasi, pemrosesan informasi, spektroskopi dan biomedis. Penyerap dapat digunakan untuk meningkatkan kecepatan, efisiensi, dan kinerja keseluruhan untuk memajukan transmisi data, pemrosesan informasi, penginderaan biomedis, dan teknologi pencitraan.
Karena sifatnya yang bermanfaat dalam modulasi optik dan penyerapan saturable, tim Yu Yao memasukkan hibrida metal-graphene yang direkayasa secara artifisial dalam pengembangannya.
Dalam sebuah makalah baru-baru ini yang diterbitkan dalam jurnal ilmiah ACS Nano, Yao merinci bagaimana labnya mengintegrasikan penyerap saturable berbasis graphene dan bagaimana mereka berhasil meningkatkan perangkat untuk mengurangi konsumsi daya sambil mempertahankan waktu respons yang sangat cepat.
Mereka memperoleh hasil penting ini dengan merancang susunan antena optik yang memfokuskan cahaya ke celah berskala nano pada material, yang dikenal sebagai hot spot, untuk mendorong penyerapan. Dengan memfokuskan laser pada hot spot ini, mereka mengamati peningkatan kinerja dan pengurangan konsumsi energi.
“Graphene ringan dan memiliki waktu respons optik yang cepat, tetapi penyerapan rendah dalam bentuk lapisan tunggalnya,” kata Yu Yao, “Kami merancang perangkat ini sehingga penyerapan cahaya pada hotspot skala nano dapat ditingkatkan lebih dari tiga kali lipat, menghasilkan tidak hanya penyerapan cahaya yang kuat tetapi juga efek penyerapan saturasi. Dengan GPSMA, kami membuat perangkat penyerapan saturable yang benar-benar dapat mengurangi konsumsi daya hampir dua hingga tiga kali lipat."
Berdasarkan kecepatannya yang meningkat secara signifikan, teknologi baru mereka akan membuka peluang baru untuk spektroskopi laser inframerah dan komunikasi sinyal optik berkecepatan tinggi (kabel serat optik dan komunikasi satelit).
"Perangkat kami dapat beroperasi pada rekor kecepatan tinggi," kata Yu Yao, "Peredam jenuh konvensional dapat beroperasi dalam skala waktu nanodetik, tetapi sekarang kami dapat mencapai sekitar 60 femtodetik, lebih dari 100,000 kali lebih cepat dari sebelumnya. "
GPSMA saat ini beroperasi pada panjang gelombang inframerah-dekat pada spektrum elektromagnetik. Karena graphene memiliki respons optik yang luas, ia dapat memperluas cakupan spektralnya ke panjang gelombang yang lebih panjang di wilayah spektral inframerah, yang memiliki implikasi penting untuk spektroskopi molekuler dan komunikasi optik. Namun, untuk panjang gelombang yang lebih panjang, biasanya lebih sulit untuk mencapai penyerapan yang dapat dijenuhkan dan menghasilkan pulsa laser ultrapendek. Oleh karena itu, konsep desain GPSMA dapat mengisi kesenjangan teknologi tersebut.
Perangkat tim Yu Yao memiliki aplikasi potensial di industri telekomunikasi, energi, dan biomedis. Penyerap semacam itu dapat digunakan untuk meningkatkan kecepatan, efisiensi, dan kinerja kabel serat optik secara keseluruhan, membuka peluang untuk memajukan transmisi data, kinerja sel surya, dan teknologi pencitraan deteksi penyakit.