石墨烯被动锁模光纤激光器研究的最新进展

【摘要】：石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料,是构建其他维度碳质材料(如零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨)的基本单元。2004年,英国曼彻斯特大学的科学家首次通过机械剥离的方法从大块石墨上得到了这种纳米级的石墨烯薄片。2009年,Sun和Bao等人首次证实了石墨烯作为可饱和吸收体用于掺铒光纤激光器锁模。从那以后大多数的研究一直专注于石墨烯作为可饱和吸收体在1.5 um波段激光锁模性能的优化。如实现了脉冲宽度低于200 fs以及单脉冲能量7.3 nJ的石墨烯锁模掺铒光纤激光器等。实验中,我们利用沉积在宽带反射镜上的石墨烯薄膜作为可饱和吸收体,实现了高脉冲能量输出的石墨烯被动锁模光纤激光器。在1.0 um波段,我们采用多模半导体激光包层泵浦双包层掺镱光纤,获得了稳定的重复频率为1.04 MHz的锁模激光脉冲。当泵浦功率为2.3 W时,其最大平均输出功率为170mW,相应的单脉冲能量高达163 nJ,脉冲宽度为680 ps。据我们所知,基于石墨烯锁模的光纤激光器,此单脉冲能量为目前所报道的最高结果。此外,在1.5 um波段,我们采用单模半导体激光纤芯泵浦单包层掺铒光纤,也获得了稳定的重复频率为227 kHz的锁模激光脉冲。当抽运功率为110 mW时,其最大平均输出功率为15 mW,相应的单脉冲能量为66 nJ,脉冲宽度为16ns。由于石墨烯材料具有制备简单、成本低廉、可饱和吸收光谱范围宽等优点,因此石墨烯可饱和吸收体有望在不久的将来替代半导体可饱和吸收镜、碳纳米管等材料成为一种新型的激光锁模器件。