二維材料可用于涂覆光纖以增強(qiáng)非線性相互作用，為構(gòu)建未來(lái)非線性和超快激光系統(tǒng)開(kāi)辟新途徑。NIR 和 SWIR 光譜測(cè)量并量化輸出特性和光學(xué)行為。石墨烯和過(guò)渡金屬二硫?qū)倩?(TMD)等原子薄二維材料可用于涂覆其他材料，以增強(qiáng)其功能并更好地利用其光學(xué)特性。來(lái)自中國(guó)科學(xué)院和北京大學(xué)的劉忠范研究小組在最近發(fā)表的《自然納米技術(shù)》雜志上描述了他們?nèi)绾卧鰪?qiáng)二維材料非線性特性在光纖中的應(yīng)用。他們的方法可應(yīng)用于廣泛的材料和光纖設(shè)計(jì)，為二維材料增強(qiáng)激光器和光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)開(kāi)辟了新的可能性。

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)化學(xué)氣相沉積處理將 TMD MoS 2生長(zhǎng)到二氧化硅纖維上，并使用拉曼和 PL 光譜來(lái)顯示 2D 材料層的高度均勻性和質(zhì)量(兩者都是所有 2D 材料的基本表征技術(shù))。由于其原子薄結(jié)構(gòu)，薄膜不會(huì)對(duì)光纖中的光學(xué)模式產(chǎn)生負(fù)面影響，并且通過(guò)整個(gè)光纖長(zhǎng)度的相互作用，可以大大增強(qiáng)非線性效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，1800 nm 和 2100 nm 泵浦光束在 900 nm 和 700 nm 處的二次諧波 (SHG) 和三次諧波產(chǎn)生 (THG) 增強(qiáng)高達(dá) 300 倍。研究人員還構(gòu)建了一種脈沖寬度短至 200 fs 的電信波長(zhǎng)鎖模激光器，其中使用 MoS2 作為可飽和吸收器，采用無(wú)自由空間光學(xué)部件的全光纖設(shè)計(jì)。

兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都使用光譜法。第二次和第三次諧波的產(chǎn)生由SP2500 光譜儀監(jiān)測(cè)，并由Pylon-400BRX 深耗盡光譜相機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。使用深耗盡型傳感器可以實(shí)現(xiàn)寬光譜覆蓋范圍，并且在近紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有特別高的靈敏度。

測(cè)量通過(guò)監(jiān)測(cè)信號(hào)波長(zhǎng)來(lái)確認(rèn)諧波信號(hào)的存在，并將放大增強(qiáng)量化為輸入功率和光纖長(zhǎng)度的函數(shù)。使用HRS-300 攝譜儀和NIRvana-640 InGaAs 相機(jī)測(cè)量 1550 nm 短波紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)鎖模激光器的輸出。

根據(jù)測(cè)量結(jié)果，研究人員得出結(jié)論：“與傳統(tǒng)二維材料集成光纖相比，MoS2 嵌入光纖的優(yōu)越性能、大規(guī)模生產(chǎn)能力和環(huán)境適應(yīng)性在小面或外表面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，表明它已經(jīng)為超快激光器的科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用做好了準(zhǔn)備。” 由于他們的方法適用于不同的光纖設(shè)計(jì)和其他 2D 材料，因此未來(lái)可以期待具有 2D 材料增強(qiáng)功能的光纖激光器的新設(shè)計(jì)。

審核編輯 黃宇