[论文解读] Black phosphorus as a new broadband saturable absorber for infrared passively Q-switched fiber lasers

Tian Jiang, Ke Yin+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 28, 2015

Advanced Fiber Laser Technologies参考文献 28被引用 26

一句话总结

本文展示了黑磷（BP）作为红外光纤激光器的超宽带可饱和吸收体，实现了1550 nm和2 μm波段的被动Q开关操作。通过将体相黑磷集成到侧抛光光纤上，作者实现了可调谐的亚微秒脉冲（9.35–31 μs）和103 nm的调谐范围（1832–1935 nm），首次实验验证了黑磷在超快光纤激光器中具有超宽带可饱和吸收特性。

ABSTRACT

Black phosphorus (BP) with its enticing electric and optical properties is intensely researched in the field of optoelectronics. In this paper, Q-switched pulses at 1550 nm and 2 um wavelengths are obtained by inserting bulk-structured BP based saturable absorber (SA) into an erbium-doped fiber laser (EDFL) and an thulium/holmium-doped fiber laser (THDFL), respectively. The BP-SA was prepared by depositing powered BP material on to the flat side of a side-polished single mode fiber. Q-switched 1550 nm pulses with width tuned from 9.35 to 31 us were obtained for the EDFL. For the THDFL, over 100 nm wavelength range could be achieved from 1832 to 1935 nm by adjusting the pump power. To the best of our knowledge, these results demonstrated the broadband saturable absorption property of BP and for the first time verified that BP as a new two-dimensional material for applications in saturable absorption devices.

研究动机与目标

• 探索黑磷作为一种新型二维材料在光纤激光器中可饱和吸收的潜力。
• 解决红外光纤激光系统中超宽带、可调谐可饱和吸收体的需求。
• 展示基于BP的可饱和吸收体在掺铒和铥/钬共掺光纤激光器中的可行性。
• 评估体相黑磷在多个红外波段生成被动Q开关脉冲的性能。

提出的方法

• 通过机械剥离法将体相黑磷转移并沉积到侧抛光单模光纤的平坦侧，制备可饱和吸收体（SA）。
• 将BP-SA集成到掺铒光纤激光器（EDFL）和铥/钬共掺光纤激光器（THDFL）中，开展Q开关实验。
• 通过调节泵浦功率，测量脉冲特性，实现两种激光系统中脉冲宽度和波长的调谐。
• 基于高强光激发下BP的非线性光学响应，分析其可饱和吸收机制。
• 利用光谱分析仪和电域采样示波器进行光谱和时域测量。
• 通过在THDFL中观察到宽波段可调谐激光输出，证实BP的超宽带特性。

实验结果

研究问题

• RQ1 黑磷能否在红外光纤激光器中作为有效的可饱和吸收体？
• RQ2 基于BP的可饱和吸收体所生成的Q开关脉冲的带宽和可调谐性如何？
• RQ3 在超宽带红外Q开关应用中，BP的性能与其它二维材料相比如何？
• RQ4 基于BP的可饱和吸收体能否在1550 nm和2 μm波段均实现稳定、被动的Q开关操作？
• RQ5 在不同光纤激光器配置中，BP-SA可实现的脉冲宽度和波长调谐范围是多少？

主要发现

• 在1550 nm波段的掺铒光纤激光器（EDFL）中，实现了全宽半最大值（FWHM）为9.35 μs的Q开关脉冲。
• 通过调节泵浦功率，EDFL中的脉冲宽度可在9.35至31 μs范围内调谐。
• 在铥/钬共掺光纤激光器（THDFL）中，实现了103 nm的超宽带调谐范围，波长范围为1832至1935 nm。
• 基于BP的可饱和吸收体在EDFL和THDFL配置中均实现了稳定、被动的Q开关操作。
• 本研究首次通过实验验证了黑磷作为超快光纤激光器中超宽带可饱和吸收体的可行性。
• 本研究证实了黑磷在红外可饱和吸收应用中作为现有二维材料的有前途替代品的潜力。