中科院物理研究所“最寬光譜全光纖激光器”研究獲進(jìn)展

   超短脈沖激光具有峰值功率高、作用時(shí)間短、光譜寬等優(yōu)點(diǎn)，在基礎(chǔ)科學(xué)、醫(yī)療、航空航天、量子通信、軍事等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。特別是近年快速發(fā)展的飛秒光纖激光器由于結(jié)構(gòu)簡單、成本低、穩(wěn)定性高以及便于攜帶等特點(diǎn)，表現(xiàn)出越來越廣泛的應(yīng)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鎖模運(yùn)行，更多時(shí)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(chǎn)生的激光脈寬與功率，也會(huì)影響到長期運(yùn)行的可靠性。因此研究發(fā)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(guān)注。近十多年來，隨著凝聚態(tài)物理與材料制備技術(shù)的發(fā)展，碳納米管、石墨烯、拓?fù)浣^緣體等材料作為可飽和吸收材料相繼成功地應(yīng)用于激光鎖模中，特別是新發(fā)展起來的二維納米材料由于具備窄帶隙、超快電子弛豫時(shí)間和高損傷閾值等特點(diǎn)，表現(xiàn)出優(yōu)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(guān)注的熱點(diǎn)研究內(nèi)容之一。
　中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室（籌）光物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室L07組一直致力于超快激光的研究，近年來針對(duì)小型化飛秒激光的發(fā)展，先后實(shí)現(xiàn)了多類晶體及光纖激光的可飽和吸收被動(dòng)鎖模。通過使用脈沖激光沉積方法將銻化碲拓?fù)浣^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(shí)現(xiàn)了光纖激光的混合鎖模，得到了70 fs的輸出脈沖結(jié)果。通過使用具備超短電子弛豫時(shí)間的二硫化鎢作為可飽和吸收材料，結(jié)合減小拉錐光纖的纖芯直徑，得到了67 fs鎖模脈沖輸出，驗(yàn)證了該混合鎖模光纖激光具有脈寬更短、定時(shí)抖動(dòng)更低等優(yōu)點(diǎn)。此外針對(duì)暗孤子產(chǎn)生技術(shù)的限制，通過理論計(jì)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(shù)的關(guān)系，理論分析了暗孤子脈沖形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，獲得了信噪比高達(dá)94 dB的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)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(xué)合作，將二硫化鎢作為飽和吸收材料用于光纖激光鎖模，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了脈寬246 fs的鎖模脈沖激光輸出，據(jù)知這是迄今為止過渡金屬硫化物全光纖鎖模激光器所產(chǎn)生的最短脈寬報(bào)道。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在新出版的一期Nanoscale(2017, 9: 5806)上，并被該雜志選為Highlights進(jìn)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(xué)教授雷鳴及中科院物理所研究員魏志義。

 該項(xiàng)研究獲得了科技部“973”項(xiàng)目（2012CB821304）及國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)11674036, 11078022 和 61378040）的支持。
 編輯點(diǎn)評(píng)
 人們?cè)谘芯砍堂}沖激光技術(shù)的發(fā)展過程中積累了許多經(jīng)驗(yàn)， 如有效地產(chǎn)生高強(qiáng)度脈沖并在產(chǎn)生脈沖階段盡量獲得高能量脈沖; 對(duì)直接產(chǎn)生的高強(qiáng)度超短脈沖等進(jìn)行了各種嘗試， 并獲得了研究成果，為該領(lǐng)域的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。然而在產(chǎn)生和利用高強(qiáng)度脈沖過程中， 卻出現(xiàn)了光脈沖的相干性或波形、波長等的重復(fù)性和可靠性不理想等問題。因此， 所選擇的鎖模激光振蕩器的高重復(fù)脈沖輸出， 并進(jìn)行高倍率放大的方式已成為主流。雖然每個(gè)脈沖的能量小， 但脈沖發(fā)生源利用連續(xù)振蕩鎖模激光器很容易獲得相干性好的脈沖。