《Frontiers of Optoelectronics》期刊近日发表了陕西师范大学物理学与信息技术学院李晓辉教授课题组撰写的有关纳米材料在超快脉冲光纤激光器应用的研究论文，他们基于Fe₃O₄纳米颗粒实现了纳秒级脉冲的耗散孤子谐振输出，该技术也证明了Fe₃O₄颗粒在超快激光领域中有重要的应用潜力。

研究背景

碳纳米管、石墨烯和过渡金属硫化物、黑磷等类石墨烯材料除了具有优异的光电特性，还具有较强的非线性饱和吸收特性，因此在锁模光纤激光器上有着非常广泛的应用。这些新型光学可饱和吸收材料具有波长无关性、高散热性和高激光损伤阈值等特点，它们的出现促进了被动锁模激光器的发展。Fe₃O₄是一种过渡金属氧化物，它被认为是半导体，其带隙小(约0.3 eV)，且随颗粒大小而变化。它具有较强的非线性效应，且响应时间在几十皮秒以内，其三阶非线性极化率的虚部使非线性吸收成为可能，这使得Fe₃O₄纳米颗粒可以作为饱和吸收体用于产生超短脉冲激光。同时，其三阶非线性极化率的实部可实现光学克尔效应。基于Fe₃O₄纳米颗粒的锁模和调Q光纤激光器均已得到实验验证，表明Fe₃O₄纳米颗粒在超快激光器领域有着潜在的应用前景。

内容简介

本文阐述了陕西师范大学物理学与信息技术学院李晓辉教授课题组基于Fe₃O₄纳米颗粒实现了锁模脉冲产生的技术：把Fe₃O₄纳米颗粒应用在掺Er³⁺光纤环形激光谐振腔中，实现了纳秒级的锁模激光脉冲产生。所设计的脉冲光纤激光器可以实现自启动，中心波长为1561 nm，基频重复频率为7.69 MHz。在泵浦功率为190 mW时，其光谱的3 dB带宽为0.69 nm，矩形脉冲的脉宽为14 ns，且其脉宽随着泵浦的升高而增大，但是其强度不受影响。这是首次利用Fe₃O₄纳米颗粒作为可饱和吸收器件实现的被动锁模矩形脉冲输出，同时也证明了Fe₃O₄纳米颗粒在超快激光脉冲产生领域中的应用潜力。

图文导读

图1. Fe₃O₄的SEM图

图2. Fe₃O₄的非线性透过率测试结果

图3. 基于Fe₃O₄纳米颗粒可饱和吸收体的激光器结构图

图4. 激光器的输出特性测试结果。(a) 190 mW泵浦时的输出光谱；(b) 190 mW到240 mW泵浦时输出光谱的演化；(c) 190 mW泵浦时输出的单脉冲波形；(d) 190 mW到240 mW泵浦时的单脉冲波形演化；(e)-(f) 190 mW泵浦时的频谱图，(e)为(f)部分区域的放大；(g) 频率和输出功率随着泵浦功率的变化

PI简介

李晓辉，陕西师范大学物理学与信息技术学院研究生导师。陕西省物理学会理事，陕西省光学学会常务理事，IEEE传感与系统委员会委员，毕业于西北大学物理学系，2006年获得光信息科学与技术专业理学学士学位，2012西安交通大学理学院获得博士学位，2012到2015年在新加坡南洋理工大学电子与电气工程学院任博士后研究员。主要从事超短脉冲光纤激光技术，光纤中脉冲动力学，中红外光纤激光，低维材料的光电子特性等方面的研究。先后承担完成国家自然科学基金，陕西省国际科技合作计划项目，陕西师范大学优秀青年学术骨干资助计划，中央高校自由探索重点项目，多项国家重点实验室开放基金，企业、科研机构合作项目等。