

应用物理|碳化钛可饱和吸收体锁模掺镱光纤激光器

汉斯出版社

2025-09-10

导读：关注汉斯出版社公众号联系小编即可投稿，还可获取最新论文模板！

点击蓝字，关注我们

导读：

文章提出了一种基于碳化钛(Ti3C2Tx)可饱和吸收体的锁模掺镱光纤激光器，并对其性能进行了研究。通过以Ti3C2Tx溶液与羧甲基纤维素钠(NaCMC)溶液混合的方式制备了碳化钛可饱和吸收体薄膜，并将其以“三明治”结构集成到环形腔掺镱光纤激光器中，成功实现了稳定的锁模脉冲输出。实验结果表明，在泵浦功率200 mW时，锁模光纤激光器的平均输出功率为6.77 mW，重复频率为27 MHz，脉冲宽度为667 fs。这不仅验证了碳化钛在超快光子学应用中的潜力，也为新型二维材料在激光技术中的进一步开发提供了参考。

基本信息：

碳化钛可饱和吸收体锁模掺镱光纤激光器

Ti3C2Tx Saturable Absorber Mode-Locked Ytterbium-Doped Fiber Laser

作者：

刘诗晗, 王蓟*, 晁举庆, 徐斌斌：长春理工大学物理学院，吉林长春

关键词:

光纤激光器；锁模；掺镱光纤；可饱和吸收体；碳化钛

项目基金：

吉林省科技厅国际合作项目(20220402021 GH)

原文链接：

https://doi.org/10.12677/app.2025.157072

内容简介：

在汉斯出版社《应用物理》期刊上，有论文针对当前基于Ti3C2Tx可饱和吸收体的超快激光器研究中存在的系统结构复杂、光学器件冗余及成本过高的问题，提出了一种创新性解决方案。

上下滑动，查看更多

实验装置

实验中使用的SA是自制的Ti3C2Tx SA，将Ti3C2Tx溶液与适量的NaCMC溶液混合，放入离心管中进行超声处理，为了使Ti3C2Tx与NaCMC溶液充分混合，对该混合溶液进行超声作用超过10 h。超声处理过的溶液静置后，未发现沉淀，得到均匀分散的Ti3C2Tx-NaCMC溶液。用取液枪将超声分散后的溶液均匀滴涂在洁净的载玻片上，在超净环境下隔尘，沉积成均匀的薄膜。将制备好的Ti3C2Tx可饱和吸收体薄膜切成直径2 mm的正方形小块，夹在由法兰盘连接的两个FC/PC光纤连接器的端面中间，这样就形成了“三明治”结构的Ti3C2Tx可饱和吸收体器件。碳化钛可饱和吸收体锁模掺镱光纤激光器实验结构如图1所示。

实验结果与分析

图2为锁模光纤激光器输出功率随泵浦功率的变化曲线，在锁模光纤激光器的性能分析中，泵浦功率与输出功率的关联性呈现出典型的线性响应。

图3为锁模光纤激光器输出的光谱图，激光输出中心波长为1064.78 nm，3 dB光谱带宽达到8.60 nm。

泵浦功率从50 mW增加到200 mW时，示波器显示的脉冲序列呈现稳定状态，脉冲峰值没有巨大的抖动。图4为泵浦功率为200 mW时，激光器的脉冲序列，此时每个脉冲的时间间隔为3.7 ns，重复频率为27 MHZ。

当泵浦功率为200 mW时观察频谱仪所得的数据，在频谱仪的分辨率带宽为100 kHz时，如图5所示测得信噪比为34 dB。图6所示为输出脉冲的自相关曲线。

为了验证基于Ti3C2Tx-NaCMC可饱和吸收体的掺镱锁模光纤激光器输出脉冲信号的稳定性，利用光功率计实时监测了该激光器在系统中长时间连续运转时的平均输出功率。将泵浦功率稳定在200 mW，每隔1小时记录一次该泵浦功率下激光器的输出功率、脉冲宽度。实验结果如图7所示。

在锁模光纤激光器长时间稳定性测试中，系统展现了优异的光谱维持能力。实验数据表明，在持续4小时的连续锁模运行过程中，激光输出光谱的3 dB带宽中心波长偏移量始终控制在±1.5 nm以内。如图8记录的时域演变图谱显示，未出现谱线分裂现象。表1列举了本文所述Ti3C2Tx与近年来基于各种二维材料产生脉冲的性能参数。

总结

通过将制备的Ti3C2Tx-NaCMC溶液用常规沉积法沉积在载玻片上获得了Ti3C2Tx可饱和吸收体，并将此制成“三明治”结构的可饱和吸收体器件，然后插入到环形腔掺镱光纤激光器中，实现了锁模激光输出。在50~200 mW的泵浦功率下，均有稳定的锁模脉冲序列。泵浦功率为200 mW时，激光器得到最大平均输出功率为6.77 mW，中心波长为1064.78 nm，脉冲持续时间为667 fs，信噪比为34 dB。这表明Ti3C2Tx可以作为可饱和吸收体应用于1 μm波段锁模掺镱光纤激光器。