二維納米材料鎖模全光纖激光器研究獲進展

　　超短脈沖激光具有峰值功率高、作用時間短、光譜寬等優點，在基礎科學、醫療、航空航天、量子通信、軍事等領域有著廣泛的應用。特別是近年快速發展的飛秒光纖激光器由于結構簡單、成本低、穩定性高以及便于攜帶等特點，表現出越來越廣泛的應用前景。目前光纖鎖模激光器，包括其它類型的固體激光器，要實現穩定的鎖模運行，更多時候還得依靠可飽和吸收體，但由于可飽和吸收體所帶來的激光損傷及損耗等問題，不僅制約著所能產生的激光脈寬與功率，也會影響到長期運行的可靠性。因此研究發展具有高損傷閾值及低損耗的新型可飽和吸收體，倍受激光專家及材料專家的關注。近十多年來，隨著凝聚態物理與材料制備技術的發展，碳納米管、石墨烯、拓撲絕緣體等材料作為可飽和吸收材料相繼成功地應用于激光鎖模中，特別是新發展起來的二維納米材料由于具備窄帶隙、超快電子弛豫時間和高損傷閾值等特點，表現出優良的可飽和吸收特性，利用該材料的鎖模激光研究也成為人們廣泛關注的熱點研究內容之一。

　　中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室（籌）光物理重點實驗室L07組一直致力于超快激光的研究，近年來針對小型化飛秒激光的發展，先后實現了多類晶體及光纖激光的可飽和吸收被動鎖模。通過使用脈沖激光沉積方法將銻化碲拓撲絕緣體材料均勻生長在拉錐光纖的表面所形成的可飽和吸收體，首次實現了光纖激光的混合鎖模，得到了70 fs的輸出脈沖結果。通過使用具備超短電子弛豫時間的二硫化鎢作為可飽和吸收材料，結合減小拉錐光纖的纖芯直徑，得到了67 fs鎖模脈沖輸出，驗證了該混合鎖模光纖激光具有脈寬更短、定時抖動更低等優點。此外針對暗孤子產生技術的限制，通過理論計算Ginzburg -Landau方程中光纖激光器的增益、損耗、色散和非線性等參數的關系，理論分析了暗孤子脈沖形成的動力學機制，獲得了信噪比高達94 dB的結果，實驗上實現了最寬光譜的暗孤子脈沖輸出。

　　最近該研究組與北京郵電大學合作，將二硫化鎢作為飽和吸收材料用于光纖激光鎖模，進一步實現了脈寬246 fs的鎖模脈沖激光輸出，據知這是迄今為止過渡金屬硫化物全光纖鎖模激光器所產生的最短脈寬報道。相關結果發表在新出版的一期Nanoscale (2017, 9: 5806)上，并被該雜志選為Highlights進展作為Inside front cover論文刊出（如圖所示），論文第一作者為劉文軍，通訊作者為北京郵電大學教授雷鳴及中科院物理所研究員魏志義。

　　該項研究獲得了科技部“973”項目（2012CB821304）及國家自然科學基金項目（批準號11674036, 11078022 和 61378040）的支持。