【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所邵建達研究員、趙元安研究員團隊和香港城市大學余健文教授團隊合作，成功研制一種具有高激光損傷閾值和可調諧非線性光學參數的中紅外寬波段CdO可飽和吸收體器件。相關成果以“Tunable and Robust Mid-Infrared Saturable Absorber Employing Tungsten Doping Cadmium Oxide”為題發表于Advanced Functional Materials。
高功率的2-5μm中紅外脈沖激光對通信、傳感和醫療等領域有重要應用價值。可飽和吸收體是通過被動調制技術實現脈沖激光的核心器件。目前商用的可飽和吸收體主要集中在近紅外波段、調制帶寬較窄。新興的二維材料中紅外可飽和吸收體則存在激光損傷閾值低、物化性能不穩定、制備工藝復雜等問題。因此制備綜合性能優異的中紅外可飽和吸收體仍是中紅外脈沖激光發展的重要課題之一。
本研究中，提出一種新型的基于氧化鎘(CdO)薄膜的中紅外可飽和吸收體，研究發現其具有134mJ/cm2的高激光損傷閾值(800nm, 150fs)和2.0-3.9μm的寬帶飽和吸收性能，并進一步提出通過W離子摻雜工程實現CdO的非線性光學參數有效調諧的方案。在一定范圍內增加W摻雜濃度，可提升其飽和吸收響應，加快載流子弛豫過程。基于高抗激光損傷和非線性光學參數可定制的CdO可飽和吸收體，在2μm實現了輸出性能可控的調Q脈沖激光輸出，脈沖寬度從372.0ns到254.3ns可調。CdO非線性光學性能的可調諧特性為中紅外可飽和吸收體的設計開辟了更大的參數空間，為開發緊湊和高性能的中紅外脈沖激光器提供了材料基礎。
該工作得到了上海市科委港澳臺合作計劃、香港城市大學SGP計劃、國家自然科學基金、中國博士后科學基金、中科院特別研究助理資助項目、中國科學院國際合作局對外合作重點項目的支持。
圖1(a)2.5μm簡并泵浦-探測實驗結果;(b)飽和吸收和載流子弛豫過程圖解;(c)載流子弛豫時間τ和透過率調制幅度?T/T0。
圖2(a)基于CdO-SA和W摻雜CdO-SAs的2.0μm被動調Q激光輸出參數；(b)典型的脈沖序列圖。
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