ACMP 凝聚态物理的进步 1687 - 8124 1687 - 8108 Hindawi 10.1155 / 2018/7578050 7578050 研究文章 PMMA夹Bi2Te3层饱和吸收体在锁模光纤激光器 http://orcid.org/0000 - 0002 - 0433 - 3473 江 主任张国宝 1 2 http://orcid.org/0000 - 0002 - 0413 - 0246 周 元 1 http://orcid.org/0000 - 0002 - 4599 - 3777 王 露露 1 http://orcid.org/0000 - 0003 - 4990 - 8952 陈 应 1 2 周 新星 1 电子信息、电气工程学院 长沙大学 长沙410003 中国 ccsu.cn 2 重点实验室教育部的微/ Nano-Optoelectronic设备 学院的物理学和电子产品 湖南大学 长沙410082 中国 hnu.edu.cn 2018年 18 12 2018年 2018年 21 06 2018年 06 12 2018年 18 12 2018年 2018年 版权©2018江主任张国宝et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

在本文中,我们制作PMMA夹Bi2Te3自组装层饱和吸收装置,它被用作被动模式的超快脉冲代储物柜电信乐队。Nanosheets Bi的2Te3作为主要通过solvothermal拓扑绝缘体被成功合成治疗和自组装方法形成薄膜在空气界面。为了转移Bi2Te3自组装层光纤端,我们设计一个建筑的两个甲基丙烯酸层夹在自组装层。把饱和吸收体加入到一个掺铒光纤激光器,飞秒锁模操作是通过实验证明。输出脉冲宽度约为505 fs。我们的研究结果表明,PMMA夹在拓扑绝缘体层结构可以改善技术在传统PMMA转移方法,并可以作为一个长期稳定的饱和吸收体被动锁模激光。

 湖南省自然科学基金 2018年jj2455 1。介绍

拓扑绝缘体是一种量子状态与绝缘物质大部分州,如一个普通绝缘子和高度进行表面和表面质量spin-helical州( 1- - - - - - 7]。这些独特的性质,这是源自在手性交互和逆时对称的结合,使拓扑绝缘体一样有效饱和吸收体材料超快脉冲的生成( 8, 9]。与传统的饱和吸收器相比,如半导体可饱和吸收镜(SESAMs) [ 10, 11),单壁碳纳米管(SWCNTs) [ 12),石墨烯( 13],过渡金属dichalcogenides [ 14, 15),黑磷( 16, 17),拓扑绝缘体饱和吸收体具有许多优点,如饱和吸收阈值低,大的调制深度( 18, 19)、恢复时间短( 20., 21),和独立的饱和吸收波长 22]。制造饱和吸收先进的性能,有必要寻找一种简单和简单的移植技术的拓扑绝缘体nanosheets到目标底物如光学fiber-ferrules或光学石英衬底。

已经提出了很多方法饱和吸收的转移到光学fiber-ferrules,如光学沉积( 23),喷墨打印( 24),下降( 25),和聚合物复合 26]。减少因其简单的青睐和设施。然而,它的咖啡环效应很难有效地抑制而干燥溶质。喷墨打印方法繁琐,容易出错,需要精密仪器和熟练的专业运营商。光沉积用于沉积碳纳米管和石墨烯在芯光纤的目的。虽然方法简单,它需要精确控制光功率,不具有可控性的淀积层属性。

在本文中,我们提出一个简单的方法来改善Bi2Te3(一种拓扑绝缘体)传输方法。Bi2Te3nanosheets沉积在PMMA薄膜,然后另一个PMMA薄膜放置到Bi2Te3nanosheets隔离空气和水。通过这一过程,Bi的稳定性2Te3基于饱和吸收体大大增加。Bi的夹结构2Te3电影是放置在纤维方面,引入光纤环形激光器。超快脉冲得到Bi夹结构2Te3电影饱和吸收体。它有一个脉冲宽度约505 fs和重复频率为13.14 MHz。稳定的锁模操作持续了至少6小时。这些结果表明,PMMA夹Bi2Te3结构是一种有效和稳定的饱和吸收体,可以超快脉冲生成具有广泛的应用前景。

 2。饱和吸收剂制备 2.1。合成的Bi <子> 2 < /订阅> Te <子> 3 < /订阅> Nanosheets

Bi2Te3王nanosheets solvothermal后合成法et al。 27]。使用一个典型的合成、化学计量比氯化铋(BiCl3)和硒化钠(Na2张志贤3)与剧烈的搅拌溶解在乙二醇。然后混合物转移到Teflon-lined不锈钢高压釜,加热到200°C。高压釜的反应温度维持在36 h,然后自然冷却到室温。黑色粉末被过滤收集,用蒸馏水和乙醇洗净,终于在一夜之间真空干燥60°C。是成年人和洗粉分散在乙醇溶液。

 2.2。描述的Bi <子> 2 < /订阅> Te <子> 3 < /订阅> Nanosheets

扫描电子显微镜(SEM)测量进行了描述Bi的形态2Te3nanosheets。Bi的SEM图像显示2Te3样品有一个统一的大小和形状图 1。获得的产品主要是hexagonal-based盘子,匹配与Bi的正六边形晶格结构2Te3。

扫描电镜图像的Bi2Te3nanosheets。

 2.3。制造2 Bi <子> < /订阅> Te <子> 3 < /订阅>饱和吸收体

图 2显示了Bi的制造2Te3基于饱和吸收体。体系的解决方案是自旋涂在石英衬底上,然后Bi2Te3色散也是自旋涂在PMMA薄膜。因此,Bi2Te3基于饱和吸收体是捏造的。提高机械强度和稳定的饱和吸收体,另一个PMMA薄膜放置到Bi2Te3nanosheets隔离空气和水。夹结构是去皮从石英衬底。Bi2Te3基于饱和吸收完全。

制造的PMMA夹在Bi2Te3nanosheets饱和吸收体。

 3所示。< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id = " 1 " > < mml:多行文字> B < / mml:多行文字> < mml: msub > < mml: mrow > < mml:多行文字>我< / mml:多行文字> < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml:多行文字> 2 < / mml:多行文字> < / mml: mrow > < / mml: msub > < mml:多行文字> T < / mml:多行文字> < mml: msub > < mml: mrow > < mml:多行文字> e < / mml:多行文字> < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml:多行文字> 3 < / mml:多行文字> < / mml: mrow > < / mml: msub > < / mml:数学> < / inline-formula >基于饱和吸收体的光纤激光器 3.1。锁模光纤激光器的设计

构建一个被动锁模环形光纤激光器,实验配置如图 3工作,包括标准光纤组件如波分多路(WDM)、偏振控制器(PC)、耦合器、光隔离器、和活性纤维(AF)。光纤激光器的环形腔配置总腔长15.22米,由一块1米掺铒光纤(EDF, nlight呃80 - 8/125)房颤与群速度色散(它)的-20 ps2/公里和光纤组件的辫子。所有这些辫子是标准单模光纤(SMF-28)与它的-23 ps2在1550 nm /公里。泵,来自一个975纳米激光二极管(LD)源耦合到腔通过980/1550波分多路(WDM),和10%的光纤耦合器是用来输出脉冲激光。极化独立隔离器(PI-ISO)用于力环腔的单向操作,和一个偏振控制器(PC)用于精细调整循环光的偏振状态和腔内双折射。光学频谱分析仪(安藤aq - 6317 b)和一个示波器(Tektronix TDS3054B)加上5 GHz打光检测器(Thorlabs SIR5)同时用来监控光学光谱和时间的脉冲输出。脉冲持续时间的衡量,是一个商业二次谐波自相关器。

锁模光纤激光器的原理。

 3.2。锁模的结果和讨论

锁模操作可以自动起动锁模阈值为63.7兆瓦。图 4总结了单孤子脉冲的特点,我们的光纤激光器泵浦功率为85.4兆瓦。图 4(一)表明,单一脉冲序列的重复率13.14 MHz,匹配与空腔长度,表明激光锁模状态运行。相应的光谱,如图 4 (b)凯利显然具有明显的光谱表明,光纤激光器在孤子政权运营。它有一个中心波长为1570.45 nm, 3 dB带宽5.35海里。相应地,如图 4 (d)自相关测量(AC)跟踪通过双曲正割函数可以很好与半宽度756 fs(应用),显示真正的脉冲宽度是505 fs。时间带宽积是0.328,表明获得的孤子脉冲几乎是变换有限。图 4 (d)是相应的测量射频频谱分辨率10赫兹的带宽(RBW);信噪比(信噪比)的光纤激光器是67.7 dB表明我们的光纤激光器运行在一个相对稳定的政权。此外,我们可以看到在长时间尺度射频频谱(插入),没有任何多余的频率成分除了基本和谐波频率成分,进一步证实我们的光纤激光器和单孤子的稳定操作。

单脉冲锁模光纤激光器的结果。

调查单孤子的长期稳定运行,我们记录了输出光谱每小时/ 6 h和固定的实验装置,如泵功率90兆瓦的电力,如图 5。中心波长漂移和新的波长组件没有被观察到在我们的测量和总是展示相同的概要文件,显示了较好的重复性和这个。所有这些结果证实了光纤激光器具有相当稳定性好,适合实际应用。

长期稳定的光学光谱。

在整个测量、中心波长漂移和新的波长组件观察,揭示的锁模光纤激光器显示长期稳定,这得益于PMMA夹在Bi2Te3nanosheets饱和吸收体。这部小说有许多其他优点PMMA-TI-PMMA结构。首先,旋转涂布层自发生成的解决方案和空气之间的接口可以保持非常均匀。第二,旋转涂布层可以有效地保护双甲基丙烯酸层,和原始形态将自动保存而转移和安装。第三,饱和吸收体装置可以有效地防止氧化,因为它是隔绝空气和水由于双PMMA三明治结构。此外,这与先前的报道(锁模结果显示没有明显的不同 28- - - - - - 30.),这意味着这个转移过程Bi没有不利影响2Te3基于饱和吸收体。所有这些结果导致结论:PMMA夹在Bi结构能够很好地保护2Te3基于饱和吸收体,确保没有退去的饱和吸收器的性能。

 4所示。结论

在这里,我们制作PMMA夹Bi2Te3nanosheets结构的过程。基于此PMMA夹在Bi2Te3nanosheets饱和吸收体,我们已经证明了稳定的锁模光纤激光器。超快脉冲的脉冲宽度约505 fs从锁模光纤激光器获得。这些结果表明,PMMA夹在Bi2Te3nanosheets结构是一个很好的饱和吸收体候选人超快脉冲的一代。也可以开发这种技术制造其他稳定的二维材料的基础设备。

 数据可用性

使用的实验数据来支持本研究的结果都包含在这篇文章。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

 确认

这部分工作是在湖南省自然科学基金的支持下,中国(批准号2018 jj2455)。

 摩尔 j·E。 Balents l time-reversal-invariant带结构的拓扑不变量 物理评论B:凝聚态物理和材料 2007年 75年 12 2 - s2.0 - 33947696243 傅 l 凯恩 c . L。 Mele e . J。 在三维空间中拓扑绝缘体 物理评论快报 2007年 98年 10 2 - s2.0 - 33847795859 傅 l 凯恩 c . L。 拓扑绝缘体与镜面对称 物理评论B:凝聚态物理和材料 2007年 76年 4 2 - s2.0 - 34347373900 张志贤 j . c . Y。 傅 l 凯恩 c . L。 在三维拓扑绝缘体表面状态和拓扑不变量:应用Bi1-x墨 物理评论B:凝聚态物理和材料 2008年 78年 4 2 - s2.0 - 48449097034 谢长廷 D。 钱 D。 雷 l 夏 Y。 贺南洪 y S。 静脉 r . J。 哈桑 m Z。 拓扑绝缘体狄拉克的量子自旋霍尔相 自然 2008年 452年 7190年 970年 974年 2 - s2.0 - 42949106486 10.1038 / nature06843 张 H。 刘 C.-X。 气 X.-L。 戴 X。 方 Z。 张 研究所。 拓扑绝缘体在Bi2Se3,Bi2Te3和某人2Te3用一个狄拉克锥表面上 自然物理 2009年 5 6 438年 442年 10.1038 / nphys1270 2 - s2.0 - 67650260772 陈 y L。 Analytis j·G。 楚 黄永发。 刘 z K。 莫 研究。 气 x L。 张 h·J。 陆 p . H。 戴 X。 方 Z。 张 s . C。 费雪 i R。 侯赛因 Z。 沈 Z.-X。 实验的实现三维拓扑绝缘体,Bi2Te3 科学 2009年 325年 5937年 178年 181年 10.1126 / science.1173034 2 - s2.0 - 67650456298 赵 C。 张 H。 气 X。 陈 Y。 王 Z。 翁ydF4y2Ba 年代。 唐 D。 超短脉冲生成一个基于拓扑绝缘体的饱和吸收体 应用物理快报 2012年 101年 21 2 - s2.0 - 84870040468 赵 C。 邹 Y。 陈 Y。 王 Z。 陆 年代。 张 H。 翁ydF4y2Ba 年代。 唐 D。 与拓扑绝缘体Wavelength-tunable皮秒孤子光纤激光器:Bi2Se3作为一个模式储物柜 光学表达 2012年 20. 25 27888年 27895年 10.1364 / OE.20.027888 2 - s2.0 - 84870614466 凯勒 U。 最近的事态发展在紧凑的超快速激光 自然 2003年 424年 6950年 831年 838年 2 - s2.0 - 0042968720 10.1038 / nature01938 Steinmeyer G。 萨特 d . H。 Gallmann l Matuschek N。 凯勒 U。 超短脉冲前沿的一代:将限制在线性和非线性光学 科学 1999年 286年 5444年 1507年 1512年 2 - s2.0 - 0033584797 10.1126 / science.286.5444.1507 王 F。 Rozhin a·G。 Scardaci V。 Wideband-tuneable、纳米管锁模光纤激光器 自然纳米技术 2008年 3 738年 742年 Bonaccorso F。 太阳 Z。 哈桑 T。 法拉利 a . C。 石墨烯的光学和光电 自然光子学 2010年 4 9 611年 622年 2 - s2.0 - 77956280459 10.1038 / nphoton.2010.186 王 年代。 余 H。 张 H。 王 一个。 赵 M。 陈 Y。 梅 l 王 J。 宽带few-layer金属氧化物半导体2饱和吸收器 先进材料 2014年 26 21 3538年 3544年 10.1002 / adma.201306322 2 - s2.0 - 84901943269 杜 J。 王 Q。 江 G。 徐 C。 赵 C。 香 Y。 陈 Y。 翁ydF4y2Ba 年代。 张 H。 Ytterbium-doped被动锁模光纤激光器通过few-layer二硫化钼(监理)饱和吸收体与隐失场交互作用 科学报告 2015年 4 1 10.1038 / srep06346 夏 F。 王 H。 贾 Y。 重新发现黑磷作为一种各向异性层状材料光电和电子产品 自然通讯 2014年 5 4458年 陈 Y。 江 G。 陈 年代。 郭 Z。 余 X。 赵 C。 张 H。 保 Q。 翁ydF4y2Ba 年代。 唐 D。 方ydF4y2Ba D。 机械剥落了黑磷作为一种新的饱和吸收体q开关和锁模激光运转 光学表达 2015年 23 10 12823年 12833年 2 - s2.0 - 84938220001 10.1364 / OE.23.012823 赵 C。 张 H。 气 X。 陈 Y。 王 Z。 翁ydF4y2Ba 年代。 Tang3 D。 超短脉冲生成一个基于拓扑绝缘体的饱和吸收体 应用物理快报 2012年 101年 211106年 陈 Y。 赵 C。 陈 年代。 杜 J。 唐 P。 江 G。 张 H。 翁ydF4y2Ba 年代。 唐 D。 大型能源、广泛的波长可调、拓扑绝缘体q开关掺铒光纤激光器 IEEE选定的主题在量子电子学杂志》上 2014年 20. 5 315年 322年 10.1109 / jstqe.2013.2295196 2 - s2.0 - 84893416645 陈 年代。 赵 C。 李 Y。 黄 H。 陆 年代。 张 H。 翁ydF4y2Ba 年代。 在拓扑绝缘体的宽带光学和微波非线性响应 光学材料表达 2014年 4 4 587年 596年 2 - s2.0 - 84900110173 10.1364 / OME.4.000587 江 G。 易 J。 苗族 l 唐 P。 黄 H。 赵 C。 翁ydF4y2Ba 年代。 碲化铋纳米晶体:宽带非线性响应及其在超快光学中的应用 科学报告 2018年 8 1 10.1038 / s41598 - 018 - 20559 - y 陈 年代。 陈 Y。 吴 M。 李 Y。 赵 C。 翁ydF4y2Ba 年代。 稳定的q开关掺铒光纤激光器基于拓扑绝缘体Microfber覆盖 IEEE光子学技术信 2014年 26 987年 990年 吴 M。 陈 Y。 张 H。 翁ydF4y2Ba 年代。 纳秒q开关掺铒光纤激光器基于拓扑绝缘体与脉冲重复率范围宽 IEEE量子电子学杂志》上 2014年 50 6 393年 396年 2 - s2.0 - 84899822923 10.1109 / JQE.2014.2314774 ) S.-Y。 翁 B。 牧羊人 R。 阿伯特 D。 Fumeaux C。 喷墨印刷导电聚合物为太赫兹应用分光板 光学材料表达 2013年 3 9 1242年 1249年 2 - s2.0 - 84884175908 10.1364 / OME.3.001242 陈 Y。 赵 C。 黄 H。 陈 年代。 唐 P。 王 Z。 陆 年代。 张 H。 翁ydF4y2Ba 年代。 唐 D。 自组装拓扑绝缘体:Bi2Se3膜作为一个被动的q开关在一个掺铒光纤激光器 光波技术杂志》 2013年 31日 17 2857年 2863年 10.1109 / JLT.2013.2273493 2 - s2.0 - 84881366477 张 H。 保 Q。 唐 D。 赵 l Loh K。 大型能源孤子graphene-polymer复合模式储物柜的掺铒光纤激光器 应用物理快报 2009年 95年 14 141103年 10.1063/1.3244206 王 Q。 陈 Y。 苗族 l 江 G。 陈 年代。 刘 J。 傅 X。 赵 C。 张 H。 宽光谱和wavelength-tunable耗散孤子光纤激光器与拓扑绝缘体nano-sheets PMMA聚合物自组装薄膜夹 光学表达 2015年 23 6 7681年 7693年 2 - s2.0 - 84936878595 10.1364 / OE.23.007681 王 Q。 陈 Y。 江 G。 苗族 l 赵 C。 傅 X。 翁ydF4y2Ba 年代。 张 H。 拓扑绝缘体Drop-casted自组装膜作为一种有效的超快激光光学饱和吸收体 IEEE光子学》杂志 2015年 7 2 2 - s2.0 - 84924891449 刘 J。 吴 M。 黄 B。 唐 P。 赵 C。 沈 D。 方ydF4y2Ba D。 Turitsyn 美国K。 氟化广泛Wavelength-Tunable中红外光纤激光器 IEEE选定的主题在量子电子学杂志》上 2018年 24 3 1 7 10.1109 / JSTQE.2017.2720964 黄 B。 唐 P。 易 J。 共鸣地注入Er:掺钕钇铝石榴石激光器q开关的拓扑绝缘体nanosheets 1617海里 光学材料 2016年 71年