北邮要闻,物理所等二维纳米材料锁模全光纤激光器研究获进展

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北邮要闻,物理所等二维纳米材料锁模全光纤激光器研究获进展

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室光物理重点实验室L07组一直致力于超快激光的研究,近年来针对小型化飞秒激光的发展,先后实现了多类晶体及光纤激光的可饱和吸收被动锁模。通过使用脉冲激光沉积方法将锑化碲拓扑绝缘体材料均匀生长在拉锥光纤的表面所形成的可饱和吸收体,首次实现了光纤激光的混合锁模,得到了70
fs的输出脉冲结果。通过使用具备超短电子弛豫时间的二硫化钨作为可饱和吸收材料,结合减小拉锥光纤的纤芯直径,得到了67
fs锁模脉冲输出,验证了该混合锁模光纤激光具有脉宽更短、定时抖动更低等优点。此外针对暗孤子产生技术的限制,通过理论计算Ginzburg-
Landau方程中光纤激光器的增益、损耗、色散和非线性等参数的关系,理论分析了暗孤子脉冲形成的动力学机制,获得了信噪比高达94
dB的结果,实验上实现了最宽光谱的暗孤子脉冲输出。

[1] Longgang Huang, Lihui Pang, Pring Wong, Yanqing Li, Shaoyi
Bai, Ming Lei, and Wenjun Liu, Annalen der Physik, 2016, 528: 493-503.
(Front cover论文)[2] Wenjun Liu, Longgang Huang, Ping Huang,
Yanqing Li, and Ming Lei, Applied Mathematics Letters, 2016, 61: 80-87.
[3] Wenjun Liu, Lihui Pang, Hainian Han, Wenlong Tian, Hao Chen,
Ming Lei, Peiguang Yan, and Zhiyi Wei, Optics Express, 2015, 23:
26023-26031.[4] Wenjun Liu, Lihui Pang, Hainian Han, Zhongwei
Shen, Ming Lei, Hao Teng, and Zhiyi Wei, Photonics Research, 2016, 4:
111-114.[5] Wenjun Liu, Lihui Pang, Hainian Han, Wenlong Tian, Hao
Chen, Ming Lei, Peiguang Yan, and Zhiyi Wei, Scientific Reports, 2016,
6:19997.[6] Wenjun Liu, Lihui Pang, Hainian Han, Ke Bi, Ming Lei,
and Zhiyi Wei, Nanoscale, 2017, 9: 5806-5811. ( Inside front cover论文)

电工电气网】讯

[1] Wenjun Liu, Lihui Pang, Hainian Han, Wenlong Tian, Hao Chen, Ming
Lei, Peiguang Yan and Zhiyi Wei, 70 fs mode-locked erbium doped fiber
laser with topological insulator, Scientific Reports
, 6 19997.

威尼斯手机娱乐官网 1图1 《Annalen
der Physik》(2016, 528: 493-503)论文被选为Front cover论文刊出

超短脉冲光纤激光器具有易操作、结构紧凑、性能稳定、成本低等特点,被广泛应用于高速光通信、光传感、光频梳、激光雷达、光谱分析、军事等相关领域,是目前光电子领域的研究热点之一。

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超短脉冲光纤激光器具有易操作、结构紧凑、性能稳定、成本低等特点,被广泛应用于高速光通信、光传感、光频梳、激光雷达、光谱分析、军事等相关领域,是目前光电子领域的研究热点之一。同时,作为非线性光学等理论研究的前沿课题,超短脉冲光纤激光产生技术已成为国家战略和高端工业产业的核心技术之一。为了实现超短脉冲光纤激光输出,如何进一步的认知光纤激光器的非线性动力学机制并实现激光器腔内光学器件的非线性调控是该技术所涉及的关键科学问题。

同时,作为非线性光学等理论研究的前沿课题,超短脉冲光纤激光产生技术已成为国家战略和高端工业产业的核心技术之一。

超短脉冲激光具有峰值功率高、作用时间短、光谱宽等优点,在基础科学、医疗、航空航天、量子通信、军事等领域有着广泛的应用。特别是近年快速发展的飞秒光纤激光器由于结构简单、成本低、稳定性高以及便于携带等特点,表现出越来越广泛的应用前景。目前光纤锁模激光器,包括其它类型的固体激光器,要实现稳定的锁模运行,更多时候还得依靠可饱和吸收体,但由于可饱和吸收体所带来的激光损伤及损耗等问题,不仅制约着所能产生的激光脉宽与功率,也会影响到长期运行的可靠性。因此研究发展具有高损伤阈值及低损耗的新型可饱和吸收体,倍受激光专家及材料专家的关注。近十多年来,随着凝聚态物理与材料制备技术的发展,碳纳米管、石墨烯、拓扑绝缘体等材料作为可饱和吸收材料相继成功地应用于激光锁模中,特别是新发展起来的二维纳米材料由于具备窄带隙、超快电子弛豫时间和高损伤阈值等特点,表现出优良的可饱和吸收特性,利用该材料的锁模激光研究也成为人们广泛关注的热点研究内容之一。

上述成果[1]被Annalen der physik期刊选为Front
cover论文刊出,成果[2]入选ESI高被引论文和热点论文,成果[4]被推选为2016中国光学重要成果候选论文,同时被中国光学期刊网、中国激光等国内多家媒体报道。成果[6]被Nanoscale选为Inside
front
cover论文。以上成果获得了科技部和国家自然科学基金委员会的资助,部分成果与中国科学院物理研究所的魏志义研究组合作完成,并被中国科学院物理研究所作为最新科研工作进展进行了专门报道。

威尼斯手机娱乐官网,经理论计算,进一步优化了光纤激光器腔内色散与非线性参数,成功研制出最宽光谱暗孤子脉冲光纤激光器,并且通过拉锥光纤与可饱和吸收材料的协同优化,实现了最短脉宽为67
fs的混合锁模光纤激光输出。该课题组还将之用于全光纤激光锁模,进一步实现了脉宽246
fs的锁模脉冲激光输出。

[4] Wenjun Liu, Lihui Pang, Hainian Han, Zhongwei Shen, Ming Lei, Hao
Teng and Zhiyi Wei, Dark solitons in WS2 erbium-doped fiber lasers,
Photonics Research
, 4 111-114.

威尼斯手机娱乐官网 2图2《Nanoscale》(2017,
9: 5806-5811)论文被选为Inside front cover论文刊出

北京邮电大学理学院刘文军、雷鸣等青年教师针对暗孤子脉冲产生技术的限制,理论分析了暗孤子脉冲产生的动力学行为,实验上实现了最宽光谱暗孤子脉冲输出。基于非线性Schr?dinger方程和复Ginzburg-Landau方程,通过改变光纤的非线性参数研究了暗孤子脉冲在光纤激光器中的传输特性,从理论上提出了减弱暗孤子脉冲相互作用的方法,在实验上实现了光纤激光器中暗孤子脉冲的稳定输出。

最近该研究组与北京邮电大学合作,将二硫化钨作为饱和吸收材料用于光纤激光锁模,进一步实现了脉宽246
fs的锁模脉冲激光输出,据知这是迄今为止过渡金属硫化物全光纤锁模激光器所产生的最短脉宽报道。相关结果发表在新出版的一期Nanoscale(2017,
9: 5806)上,并被该杂志选为Highlights进展作为Inside front
cover论文刊出,论文第一作者为刘文军,通讯作者为北京邮电大学教授雷鸣及中科院物理所研究员魏志义。

理学院刘文军、雷鸣等青年教师针对暗孤子脉冲产生技术的限制,理论分析了暗孤子脉冲产生的动力学行为,实验上实现了最宽光谱暗孤子脉冲输出。基于非线性Schrödinger方程和复Ginzburg-Landau方程,通过改变光纤的非线性参数研究了暗孤子脉冲在光纤激光器中的传输特性[1],从理论上提出了减弱暗孤子脉冲相互作用的方法[2],在实验上实现了光纤激光器中暗孤子脉冲的稳定输出[3]。经理论计算,进一步优化了光纤激光器腔内色散与非线性参数,成功研制出最宽光谱暗孤子脉冲光纤激光器[4],并且通过拉锥光纤与可饱和吸收材料的协同优化,实现了最短脉宽为67
fs的混合锁模光纤激光输出[5]。该课题组还将之用于全光纤激光锁模,进一步实现了脉宽246
fs的锁模脉冲激光输出[6]。据知这是迄今为止过渡金属硫化物全光纤锁模激光器所产生的最短脉宽报道。

为了实现超短脉冲光纤激光输出,如何进一步的认知光纤激光器的非线性动力学机制并实现激光器腔内光学器件的非线性调控是该技术所涉及的关键科学问题。

图:Nanoscale(2017, 9: 5806)论文被选为该期Inside front cover论文刊出

据知这是迄今为止过渡金属硫化物全光纤锁模激光器所产生的最短脉宽报道。

[5] Wenjun Liu, Lihui Pang, Hainian Han, Ke Bi, Ming Lei and Zhiyi
Wei, Tungsten disulphide for ultrashort pulse generation in all-fiber
lasers, Nanoscale
, 9 5806-5811.

[2] Wenjun Liu, Lihui Pang, Hainian Han, Mengli Liu, Ming Lei, Shaobo
Fang, Hao Teng and Zhiyi Wei, Tungsten disulfide saturable absorbers
for 67 fs mode-locked erbium-doped fiber lasers, Optics Express
, 25
2950-2959.

该项研究获得了科技部“973”项目(2012CB821304)及国家自然科学基金项目(批准号11674036,
11078022 和 61378040)的支持。

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[3] Wenjun Liu, Lihui Pang, Hainian Han, Wenlong Tian, Hao Chen, Ming
Lei, Peiguang Yan and Zhiyi Wei, Generation of dark solitons in
erbium-doped fiber lasers based Sb2Te3 saturable absorbers, Optics
Express
, 23 26023-26031.

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