基於拓撲絕緣體的中紅外高能量光纖雷射器研究

《基於拓撲絕緣體的中紅外高能量光纖雷射器研究》是依託深圳大學，由陳宇擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於拓撲絕緣體的中紅外高能量光纖雷射器研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳宇
• 依託單位：深圳大學

項目摘要

拓撲絕緣體不同於傳統意義上的絕緣體和金屬，其體態是絕緣體，而其表面或者邊緣態電子具有和石墨烯類似的狄拉克準粒子行為。因其獨特的結構、豐富的科學內涵及廣闊的套用前景，拓撲絕緣體已經成為了國際前沿科學研究的焦點。最近，我們實驗發現拓撲絕緣體具有優異的非線性光學性質：寬頻的可飽和吸收，高的調製深度和高的損傷閾值，而這些特性正是高能量被動鎖模雷射器中可飽和吸收體所需要的。本項目針對中紅外2 μm光纖雷射器能量提升的需求，開展硒化鉍等拓撲絕緣體材料在中紅外2 μm處的可飽和吸收光學特性研究及套用。實驗揭示硒化鉍等拓撲絕緣體的可飽和吸收光學特性和規律，並利用其獨特的可飽和吸收效應實現中紅外2 μm摻銩耗散孤子光纖雷射器，探究其中高能量耗散孤子的形成機制及各耗散孤子態的形成條件及演化過程，實現高能量、穩定、自啟動的中紅外2 μm摻銩耗散孤子光纖雷射器。

結題摘要

本項目針對中紅外2 μm超短超強脈衝光纖雷射器能量提升的需求，開展硒化鉍等拓撲絕緣體材料的可飽和吸收特性研究，並在理論和實驗上研究了耗散孤子雷射器脈衝輸出特性，最終實現穩定、高能量、自啟動的耗散孤子鎖模光脈衝輸出。研發出滴加乾燥-減薄技術以及PMMA雙夾層結構來提升可飽和吸收體性能；探索出不同厚度拓撲絕緣體材料的可飽和吸收特性變化規律；分析出拓撲絕緣體表面態及體態在可飽和吸收體特性中所起作用的物理本質；測量出不同分散液對可飽和吸收特性的作用規律；通過理論計算，得出紅外2 μm色散管理負色散光纖雷射其中增益頻寬、雙折射、輸出耦合比、以及可飽和吸收體的調製深度對輸出脈衝參數的作用規律；得出紅外2 μm正色散耗散孤子雷射器中可飽和吸收體的調製深度和飽和功率以及雷射腔中增益頻寬和輸出耦合率對耗散孤子脈衝的脈衝寬度及脈衝能量的作用規律；最佳化雷射腔參數及拓撲絕緣體可飽和吸收體參數，得到了超短，穩定，高能量的耗散孤子雷射器，最大輸出脈衝能量為5.3 nJ；此外，還拓展了另外一個可飽和吸收體黑磷，並基於黑磷，得到了穩定的摻鉺調Q和鎖模脈衝輸出；充分利用黑磷的超快弛豫時間，論證可飽和吸收參數以及雷射腔參數對脈衝輸出特性的影響，得到了全負色散摻鉺光纖雷射器中最短的脈衝輸出。基於項目執行期取得的進展和成果，共發表高水平論文20餘篇，申請獲得國家級、省部級項目共2項。