SNNU|陕西师范大学李晓辉教授课题组：基于Fe3O4纳米颗粒的超快掺Er3+光纤激光

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纳米颗粒实现了纳秒级的锁模激光脉冲产生：把Fe3O4纳米颗粒应用在掺Er3+光纤环形激光谐振腔中，实现了纳秒级耗散孤子谐振脉冲激光输出。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