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可调谐激光器

碳纳米管实现 2μm 超快激光器

创记录的波长调谐

南京大学的研究人员使用碳基纳米材料，利用紧凑和低成本的
2μm激光振荡器，实现了创记录的波长调谐范围。

文/Gail Overton

该 锁模激光器是许多科学和 下运行的激光器 ；目前他们正在使用 前，对于在长波长范围内寻找波长调
谐解决方案的人们来说，根本没有太
碳基纳米材料，利用紧凑和低成本的
工程领域的关键工具，如
光纤通信、计量、生物成 2μm 激光振荡器，实现创记录的调谐范 多的选择。碳材料似乎与这些 2μm
[1]
像和固态物理研究。在超快光纤激光 围。 具体来说，研究人员开发的基于 宽带增益材料很好的匹配。它们可能
器的众多优点中（峰值功率、脉冲能 碳纳米管（CNT）的铥 / 钬（Tm / Ho） 能够发挥克尔透镜几十年前在钛宝石
量和脉冲持续时间），波长可调谐性 光纤激光器，可以在 1860~2060nm 的 激光器中所发挥的关键作用。”
非常具有吸引力，因为它可以为频率 200nm 范围内连续可调谐。根据他们 通过将 CNT 可饱和吸收体与自
梳产生、分子吸收线探测和时间分辨 的了解，这是被动锁模光纤激光振荡 制的光栅镜组合，在皮秒掺铥光纤激
光谱的最终用户提供很大程度的应用 器所实现的最宽的调谐范围。 光器中实现了 200nm 的调谐范围。首
灵活性。 南京大学教授王枫秋介绍说：“目 先，使用溶液处理和拉曼光谱法制造
a)
然而，由于常见增益材料和可饱 厚度为 20μm 的 CNT 薄膜。碳纳米管
Intensity (dB)
和吸收体的有限带宽，锁模激光器通 的直径分布为 1.3~1.6nm，该尺寸在
0 1860 2060
3+
常只有相当窄的调谐范围。但是钛蓝 nm Δλ = 200 nm nm 掺 Tm 光纤的增益区域中呈现较高
宝石激光器是个例外，它是目前超快 -20 的吸收，有助于保持良好的调制深度。
科学中的主力，尽管这些激光器通常 在实验装置中，通过掺铒光纤放
-40
工作于 1μm 或 1μm 以下的波长。为 大器（EDFA）将 1560nm、10mW 激
了获得超过 1μm 的波长调谐能力， -60 光二极管的输出放大到 1W，然后通
1850 1900 1950 2000 2050 2100
非线性波长转换器件如光参量振荡器 过波分复用器（WDM）输入到 2m 长、
Wavelength (nm)
（OPO）或光参量放大器（OPA），用 数值孔径（NA）0.16、9μm 芯径的
b)
于商业钛宝石激光器的标准扩展，但 Intensity (a.u.) Tm/Ho 共掺光纤中，使用光纤准直器
2120 Δλ = ~290 nm 2408
其相对较大的体积及其维护所需的繁 nm nm 和 600 线 /mm 的自由空间衍射光栅
琐要求，已经明显限制了其在现场部 实现波长调谐。在 WDM 第二个臂的
署应用中的适用性。 CNT 可饱和吸收体，实现锁模过程和
200nm 的调谐范围，并且对于所得到
碳基调谐 的脉冲具有令人印象深刻的 60dB 边

在过去十年间，2μm 左右宽发射 2100 2200 2300 2400 带抑制比，以及在 36 小时连续波调
带宽的增益材料已经快速成熟。最近， Wavelength (nm) 谐中 1% 的功率波动。
南京大学的研究人员使用非线性狄拉 图1：图中显示了可调谐碳纳米管锁模铥光纤激光 在另外的实验中，使用石墨烯来
器的光谱（a）和可调谐石墨烯可饱和吸收体锁模
克半金属展示了中波红外（3~6μm） Cr：ZnS激光器的光谱（b）。 演示掺铬硫化锌（Cr ：ZnS）固态激
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