拓撲絕緣體鎖模超快摻鐿光纖雷射器的特性研究

《拓撲絕緣體鎖模超快摻鐿光纖雷射器的特性研究》是依託華南師範大學，由徐文成擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：拓撲絕緣體鎖模超快摻鐿光纖雷射器的特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：徐文成
• 依託單位：華南師範大學

項目摘要

超快摻鐿光纖雷射器在生物醫學、原子物理、天文學等眾多領域有重要套用價值，是光纖雷射技術領域的研究熱點。可飽和吸收體的研製是實現超快摻鐿光纖雷射器的關鍵技術。拓撲絕緣體是新興的寬頻可飽和吸收材料，然而它在超快摻鐿光纖雷射器中的套用卻尚待研究。針對此問題，本項目擬開展拓撲絕緣體鎖模超快摻鐿光纖雷射器的特性研究。主要內容包括：①採用高性能拓撲絕緣體可飽和吸收體，實現1.0微米波段飛秒脈衝穩定輸出，並探索拓撲絕緣體鎖模高能量耗散孤子脈衝的產生；②利用拓撲絕緣體高非線性特點，研製功能性的拓撲絕緣體鎖模器，在超快摻鐿光纖雷射器中獲得高重頻諧波鎖模脈衝，並探究全正色散孤子分子現象；③探索拓撲絕緣體鎖模超高峰值功率巨浪波脈衝的產生及其機理。本項目的開展，不僅能夠進一步挖掘拓撲絕緣體可飽和吸收體的優越性能，加深對超快摻鐿光纖雷射器的孤子動力學特性的理解，而且對光纖雷射技術的發展具有重要的現實意義。

結題摘要

本項目主要研究拓撲絕緣體超快光纖雷射器的特性，並揭示其內在物理機制。在本項目的資助下，我們圍繞著拓撲絕緣體等二維納米材料超快光纖雷射器性能提升及光纖雷射器中新型孤子非線性動力學過程開展了研究工作，所取得的主要成果可以概括為以下幾方面：（1）. 在超短脈衝產生方面：我們首次提出採用二氧化矽包覆金納米棒來克服金納米棒的熱損傷性，研製出了高性能的二氧化矽包覆金納米棒可飽和吸收體，並用於超快光纖雷射器中獲得了379 fs的鎖模脈衝輸出；此外，我們還首次使用類拓撲絕緣體材料——黑磷，首次研製出了高性能的黑磷鎖模器，並用於雷射器中獲得了940 fs超短脈衝輸出。（2）. 在高能量脈衝產生方面：我們首次在1.1 μm工作波段的摻鉍光纖雷射器中觀察到了耗散孤子共振現象，輸出最大脈衝能量為24.82 nJ，將傳統孤子光纖雷射器的輸出脈衝能量提高了2個數量級。（3）. 在高重頻脈衝產生方面：我們利用了層狀二硫化鉬的非線性光學特性，將其製成非線性光纖光子器件並接入光纖雷射器中。實驗中，隨著泵浦功率的升高，我們獲得了高達2.5 GHz的穩定高重頻脈衝輸出；此外，我們創造性地提出將石墨烯沉積在微納光纖結上製備成具有寬頻高非線性效應的全光纖諧振器，分別套用於1.0和1.5 μm波段光纖雷射器中並有效地產生了數百GHz重複率的脈衝，將常規超快光纖雷射器的重複率提高了3個數量級。（4）. 孤子非線性動力學過程研究方面：通過自主研製基於拓撲絕緣體、石墨烯等材料的高非線性光子器件，並套用光纖雷射器中，觀察到了耗散怪波、孤子分子、孤子爆炸等一系列新型孤子非線性效應，我們對其進行了細緻系統地分析研究，進一步揭示了其中的物理機制。