項目公示信息

項目公示信息項目名稱：高性能吸收體及脈沖激光器研究主要完成人情況：、劉歡項目簡介：超短脈沖激光器是激光微細加工的利器。鎖模和調(diào)Q吸收體是超短脈沖激光和短脈沖激光器的核心部件，相當于計算機中的“CPU”。目前，產(chǎn)業(yè)化的鎖模吸收體是半導體飽和吸收鏡，產(chǎn)業(yè)化的調(diào)Q吸收體有半導體飽和吸收鏡、Cr:YAG等。但是，這些吸收體存在一些缺點，如（1）設計的特定的吸收體工作帶寬窄，僅對特定波長有效；（2）襯底依存性高，如1064nm波長的半導體飽和吸收鏡，必須采用MOCVD等特定設備在砷化鎵襯底上生長；（3）恢復時間長，如半導體飽和吸收鏡的恢復時間在幾十皮秒。寬帶吸收體材料，如碳納米管、石墨烯、二維材料等，具有相對于半導體飽和吸收鏡的幾個優(yōu)點，（1）工作帶寬寬，可以用于1微米到3微米等很多激光波段；（2）襯底依存度底，可以使用多種襯底材料，甚至不需要襯底材料進行生長，生長設備多種多樣；（3）恢復時間短，通常在1皮秒左右，這樣有利于實現(xiàn)短脈沖激光輸出。但是，寬帶吸收體也有若干缺點，導致至今未能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。（1）吸收體材料多為納米量級的薄層，與襯底結合力不足，工作時間長了容易脫落；（2）有些材料在工作時與外界環(huán)境物質(zhì)發(fā)生反應，導致使用壽命縮短；（3）材料本身的激光抗損傷閾值低。因為這些原因，目前國際上文獻報道的寬帶吸收體材料種類數(shù)以百計，但尚不能取代半導體飽和吸收鏡。本課題組是國內(nèi)少數(shù)幾個可以制作半導體飽和吸收鏡的課題組之一。但是半導體飽和吸收鏡在國外發(fā)展較早，創(chuàng)新的余地較少，難以獲得自主的知識產(chǎn)權。因此，本課題組致力于寬帶吸收體材料的實用性研究。我們的重心放在寬帶吸收體材料制備的方法上，希望從制備方法上入手，克服寬帶吸收體的機械性能弱、穩(wěn)定性差等缺點，發(fā)揮出其恢復時間短、工作帶寬寬、襯底依存性弱等優(yōu)勢來，最終使其成熟。這樣，有利于獲得自主的知識產(chǎn)權，有利于研制成功更多波長類型及小型化的鎖模激光器。雖然這個過程可能較長，但是探索工作是非常有意義的。本課題組近幾年探索了10多種制備寬帶吸收體的方法。本項目涉及到其中的四種方法，具體如下：溶膠凝膠型吸收體。裸露在空氣中的寬帶吸收體因為材料很薄，同時大部分制備方法導致其與襯底結合力很弱等原因，在與激光相互作用時，容易脫落。這類材料中有一些與外界空氣和水汽等物質(zhì)反應，因此會被緩慢消耗。我們采用溶膠凝膠方法，將寬帶吸收體材料封閉在二氧化硅無機玻璃體內(nèi)，隔絕外界的影響，同時也牢固地固定在基質(zhì)中。在常溫下制備這種摻入吸收體材料的玻璃體，在500度以下溫度退火，不會傷及寬帶材料本身。我們制備的溶膠凝膠型吸收體，分別用于固體激光調(diào)Q和光纖激光鎖模。在數(shù)月的實驗中未發(fā)現(xiàn)損傷。而且固體調(diào)Q激光輸出高達3瓦，為寬帶吸收體材料固體調(diào)Q輸出功率最高的幾個報道之一。（2）寬帶材料水溶液吸收體。寬帶吸收體生長時對襯底選擇靈活是它的優(yōu)點。我們將其靈活性繼續(xù)拓展，探索了水溶液狀態(tài)下的寬帶吸收體，實現(xiàn)了固體激光調(diào)Q及光纖激光鎖模。水溶液狀態(tài)下的寬帶吸收體，即使有某處被消耗，還有其他地方的吸收體材料過來補充。我們探索了重水溶液的寬帶吸收體。這種溶液在一微米波長和一點五微米波長的飽和損耗比普通水容易低很多。我們使用寬帶材料水溶液吸收體進行固體激光調(diào)Q，脈沖寬度小于3納秒，是目前采用寬帶吸收體調(diào)Q固體激光器的最短脈沖寬度。（3）云母襯底吸收體。我們探索了云母襯底的寬帶吸收體。云母襯底是一種無機介質(zhì)，類似于石英，機械性能比曾經(jīng)廣泛使用的聚合物好很多。和石英相比，它可以做成薄層甚至厚度20-30微米的單層，但韌性很好，不易碎，能彎曲，易切割。采用這種襯底的寬帶吸收體，激光抗損傷閾值提高了很多。我們一般將云母襯底的寬帶吸收體用于光纖激光器鎖模。LB法制備吸收體。LB法制備吸收體，可以控制吸收體的厚度，最薄可以達到單原子層。制備時間短，可以系統(tǒng)地研究吸收體厚度、非線性參數(shù)與鎖模及調(diào)Q效果的關系。我們利用LB法制備吸收體實現(xiàn)了光纖激光器鎖模和固體激光器調(diào)Q。主要論文專著目錄（限8條）序號論文專著名稱刊名第一完成單位作者年卷頁碼發(fā)表時間通訊作者第一作者1Improvedopticaldamagethresholdgrapheneoxide/SiO2absorberfabricatedbysol-Geltechniqueformodelockederbium-dopedfiberlasersCarbon陜西師范大學Zhendong

Chen（陳振東），HongYing

Wang（王紅英）,

Yonggang

Wang（王勇剛）,

Rui

dong

Lv（呂瑞東）,

Xiguang

Yang（楊西光）,

Jiang

Wang（王江）,

Lu

Li（李璐）,

Wei

Ren（任衛(wèi)）2019,144,737-7442019年4月王勇剛陳振東2Solitonandbound-statesolitonmode-lockedfiberlaserbasedonMoS2/fluorinemica(FM)Langmuir—Blodgett(LB)filmsaturableabsorberPhotonicsResearch陜西師范大學Ruidong

Lv（呂瑞東）,

Yonggang

Wang（王勇剛）,

Jiang

Wang（王江）,

Wei

Ren（任衛(wèi)）,

Lu

Li（李璐）,

Sicong

Liu（劉思聰）,

Zhendong

Chen（陳振東）,

Yongfang

Li（李永放），HongYing

Wang（王紅英）,

Fuxing

Fu（付福興）2019,7,431-4362019年3月

王勇剛呂瑞東3CH3NH3PbI3perovskitethinfilmsassaturableabsorberforpassivelyQ-switchedNd:YAGlaserJournalofmaterialsChemistryC陜西師范大學

Jiang

Wang（王江）,

Yonggang

Wang（王勇剛）,

Zhendong

Chen（陳振東）,

Xiguang

Yang（楊西光）,

Lu

Li（李璐）,

Xi

Yao（姚曦）2019,7,5047-50502019年3月王勇剛王江4Opticalpropertiesandapplicationsofmolybdenumdisulfide/SiO2saturableabsorberfabricatedbySol-GelTechniqueOpticsexpress陜西師范大學Ruidong

Lv（呂瑞東）,

Zhendong

Chen（陳振東）,

Sicong

Liu（劉思聰）,

Jiang

Wang（王江）,

Yongfang

Li（李永放）,

Yonggang

Wang（王勇剛）,

Yishan

Wang（王屹山）2019,27,6348-63562019年2月王勇剛呂瑞東5NonlinearopticalresponseofgrapheneoxideLangmuir-BlodgettfilmassaturableabsorbersNanomaterials陜西師范大學Jiang

Wang（王江）,

Yonggang

Wang（王勇剛）,

Taijin

Wang（汪太進）,

Guangying

Li（李廣英）,

Rui

Lou（婁銳）,

Guanghua

Cheng（程光華）,

Jing

Bai（白晶）2019,9,6402019年4月王勇剛王江6SeveralnanosecondNd:YVO4lasersQ-switchedbytwodimensionalmaterials:tungstendisulfide,molybdenumdisulfideandblackphosphorousOpticsExpress中國科學院西安光學精密機械研究所Huan

Liu（劉歡）,

Zhe

Sun（孫哲）,

Xi

Wang（王茜）,

Yonggang

Wang（王勇剛）

,

Guanghua

Cheng（程光華）2017,25,6244-62522017年3月程光華劉歡7FemtosecondpassivelyEr-dopedmode-lockedfiberlaserwithWS2solutionsaturableabsorberIEEEJournalofSelectedTopicsinQuantumElectronics中國科學院西安光學精密機械研究所LuLi（李璐）,YulongSu（蘇玉龍）,YonggangWang（王勇剛）,XiWang（王茜）,YishanWang（王屹山）,XiaohuiLi（李曉輝）,DongMao（毛東）,JinhaiSi（司金海）2017,23,11003062016年3月李璐李璐8WS2/fluorinemica(FM)saturableabsorbersforall-normal-dispersionmode-lockedfiberlaserOpticsExpress中國科學院西安光學精密機械研究所LuLi（李璐）,ShouzhenJiang（姜守振）,YonggangWang（王勇剛）,ZhenLi（李真）,BaoyuanMan（滿寶元）,HangSun（孫航）,LinaDuan（段利娜）,XiWang（王茜）,