被动的q开关掺铒光纤激光器通过与Few-Layer钼Ditelluride隐失场交互

文摘

我们将演示一个all-fiberized被动q开关掺铒光纤激光器(EDFL)通过隐失场之间的相互作用钼ditelluride饱和吸收体(SA)和d样式的纤维引导模式。通过整合few-layer钼ditelluride由CVD方法在side-polished纤维、SA之间的强相互作用可以实现的隐失场波导和非线性光学材料。拟议中的被动q开关EDFL可以提供输出脉冲与脉冲宽度在1566 nm波长为5.03μ年代,重复率13.9 kHz, 150.6新泽西的脉冲能量和输出功率为2.1兆瓦时注入的980 nm激光二极管180兆瓦。

1。介绍

被动的q开关光纤激光器被广泛用于光通信、光传感、工业加工、等,高光束质量、高稳定、高能源和紧凑的设置(1- - - - - -5]。饱和吸收体(SA)是必不可少的被动Q开关光纤激光器的光学谐振腔的品质因数Q可以intensity-dependent非线性调制的SAs (1,2]。受的要求紧凑、节省成本,稳定的q开关光纤激光器,研究人员从光学、光学材料,和其他一些研究社区领域的重视。正如我们所知,半导体可饱和吸收镜(SESAMs)已经商业化的精确控制吸收波长,饱和阈值,调制深度和弛豫时间。然而,SESAMs遭受有限的带宽和复杂的制备过程(5]。随着低维材料的出现(6- - - - - -15),特别是二维(2 d)纳米材料3,4),其独特的特点,如超快恢复时间、高损伤阈值,和宽带非线性光学响应,提供了一个理想的平台,提高激光器的性能。与石墨烯的显著进展,其他二维材料,如过渡金属dichalcogenides (tmd) [8- - - - - -11),拓扑绝缘体(12,13),和黑磷(16,17),也吸引了越来越多的研究关注造成他们优秀的物理/化学性质。然而,石墨烯具有相对较低的调制深度、拓扑绝缘体是有限的复杂的制备过程,和黑磷是容易氧化和湿度。相比之下,tmd有杰出layer-dependent半导体和非线性光学性质。

战区导弹防御系统,其特点是MX的化学公式₂,M是一个过渡金属(通常,W)和X是一组第六元素(S、Se和Te),是一个家庭的高度各向异性分层的半导体材料。TMD的单层,它由两个六角形飞机M X原子和一个中间六角平面的原子协调与X原子通过共价键三角棱镜安排(8,18]。与技术进化,tmd的非线性光学性能,如金属氧化物半导体₂,WS₂,摩斯₂,WSe₂已被调查。与其他战区导弹防御系统相比,碲化材料并没有引起足够的关注。此外,它是发现微粒₂相比,金属氧化物半导体₂和摩斯₂隙小,这暗示它可以表现出宽带吸收。最近,毛泽东等人报道的非线性光学性质few-layer尘埃₂制造液体剥离方法,取得了孤子锁模操作在一个EDFL [18]。王等人意识到高能孤子脉冲输出与magnetron-sputtering-deposition-grown尘埃₂饱和吸收体(19]。刘等人实现了一个小错₂通过磁控溅射技术的被动q开关EDFL [20.]。燕等人也研究了微粒的非线性光学性能₂约3μ米在固态激光系统(21]。然而,基于微粒材料质量和激光能量₂仍然需要改进。

在这个贡献,我们准备了few-layer尘埃₂通过化学气相沉积方法,编造了一个all-fiberized SA转移尘埃₂到d样式纤维。的帮助下和隐失场之间的强相互作用的非线性光学材料,all-fiberized的q开关可以实现光纤激光器,和高能脉冲光纤激光器可以交付。

2。材料的制备及其表征

的尘埃₂已经准备通过化学气相沉积方法。包含5毫克的石英舟Te粉末放置的上游管加热中心14厘米的距离,而第二个含有0.5毫克MoO的船₃粉末放在加热管的中心。上面的衬底放置第二艘船和面对。H的混合气体₂Ar / Ar(95%)与100年流动sccm为30分钟清洁气体在加热和30 - 100 sccm为载体气体在加热过程中。大气环境的压力。炉加热到720°C在20分钟,然后维持在给定温度为30分钟前自然冷却。然后few-layer尘埃₂可以准备。

准备尘埃的拉曼光谱₂显示few-layer性质的材料,早期发现[吻合较好22]。如图的插图所示1扫描电子显微镜(SEM)图像显示2 d微粒的性质₂。增长的尘埃₂,其非线性特征吸收性能通过Z-scan技术1560 nm锁模光纤激光器的重复率~ 20 MHz ~ 1.5 ps脉冲宽度。图2(一个)显示了典型的开口尘埃的曲线₂示例,体现材料可以表现出非线性饱和吸收特性。此外,我们给了事件之间的关系强度和非线性系数,如图2 (b)用下面的方程式,通过拟合实验结果(11]: 在哪里α(吸收系数),是饱和的损失,是不饱和的吸光度,我和分别输入和饱和强度。安装调制深度和饱和强度分别为3%和6 MW /厘米²,分别。

3所示。实验结果和讨论

验证非线性光学响应的尘埃₂,我们有捏造MoTe纤维化SA)通过集成₂到d样式纤维。此外,我们跟着杜的方法等。11)来设计和构建一个EDFL尘埃环腔配置调制₂SA,如图3。在实验设置中,整个腔长度约为8.6米,由一块高浓度掺铒光纤(nlight Er80-8/125)与长度约0.8米,由一个商业注入波长980纳米的激光二极管(LD)、极化独立隔离器(PI-ISO)保证单向激光手术,一个腔内偏振控制器(PC)调腔双折射,以及其他一些单模光纤(SMF-28)光学组件。我们采用了980/1550 WDM耦合器介绍980海里注入激光光纤环形腔。不同的处理传输式SA (11),我们引入了尘埃₂SA通过隐失场导波之间的相互作用和尘埃₂,它可以使整个激光all-fiberized方式设置紧凑。此外,隐失场相互作用可以提高交互长度和缓解物质损失。监测激光性能、光学频谱分析仪(安藤aq - 6317 b)和一个实时示波器的带宽4 GHz(安捷伦DSO9404A)与光电探测器(MC PD-12D)曾同时监测光谱和输出脉冲序列的演化。此外,q开关光纤激光器的输出功率与功率计测量(安藤AQ2140)。

在这个实验中,自动起动q开关操作可通过增加泵浦功率约60 mW。图4总结了典型的q开关状态的运行特点的泵浦功率180兆瓦。图4(一)显示了光谱集中在1566 nm q开关的光纤激光器。图4 (b)显示了典型的q开关脉冲序列的重复率13.9 kHz。可以看出,没有观察到的峰值强度调制脉冲序列,说明高q开关操作的稳定性。图的插图4 (b)显示了q开关脉冲的形象与对称Gaussian-like形状与半宽度(应用)为5.03μ年代。

我们也调查了power-dependent脉冲持续时间、重复频率、输出功率、脉冲q开关光纤激光器的能量。图5(一个)介绍了演化曲线的重复率和泵浦功率脉冲持续时间。它显示了q开关操作的典型特征。通过增加泵浦功率,重复率线性增加从4.9千赫至13.9千赫,而脉冲持续时间不同的32.0μ年代,至5.03μ年代。5 (b)显示了平均输出功率之间的关系,与泵浦功率的脉冲能量。平均输出功率与泵浦功率几乎线性增加。此外,在最大泵功率180兆瓦的电力,获得的最大脉冲能量150.6新泽西,这是高于或相当于的q开关脉冲获得Er-doped与其他SAs光纤激光器,如碳纳米管,石墨烯,TI,高于基于微粒的报告结果₂SA (17- - - - - -19]。改进的脉冲能量会导致损耗的光纤之间的有效互动和few-layer尘埃₂,它可以提供一个良好的平台,减轻损伤阈值和优化的线性或非线性交互all-fiberized配置。虽然超细纤维可以有很强的隐失场与物质相互作用[19,20.),波导将简单介绍大损失和强非线性的小核心的大小。然而,d样式纤维可以为隐失场之间的交互提供一个健壮的平台光场传播沿d样式纤维和few-layer尘埃₂。

4所示。结论

我们已经成功地演示了一个all-fiberized被动q开关EDFL通过使用基于隐失场相互作用的尘埃₂。的尘埃₂已经准备通过化学气相沉积方法,然后结合d样式纤维作为非线性光学调节器。最大输出脉冲能量150.6新泽西获得13.9 kHz的重复率下的激光腔的输入泵浦功率180 mW 980海里。实验结果不仅可以拓宽尘埃的非线性应用₂,但提供了一个减少为其他tmd非线性材料及其混合动力系统。

数据可用性

使用的实验数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢陆Donglin博士从湘潭大学提供尘埃₂样品的实验。

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