張亞妮，武柯欣，苗 挺，薛 佳，姚一鳴

（陜西科技大學(xué) 文理學(xué)院，陜西 西安 710021）

引言

超短脈沖因其在光通信、非線性光學(xué)、生物醫(yī)療和材料微加工等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用而備受關(guān)注[1-2]。如今，超快光纖激光器的蓬勃發(fā)展已經(jīng)徹底改變了超快光子學(xué)領(lǐng)域。作為第三代激光技術(shù)的代表，光纖激光器具有制造成本低、小型化、激光閾值低等優(yōu)點(diǎn)。此外，光纖激光器的諧振腔中沒(méi)有光學(xué)透鏡，其呈現(xiàn)的免調(diào)節(jié)、免維護(hù)和高穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)激光器無(wú)法比擬的。同時(shí)，光纖激光器容易適應(yīng)惡劣的工作生活環(huán)境，對(duì)灰塵、濕度和溫度有很高的耐受性。通常，光纖激光器可以在連續(xù)波、調(diào)Q 和鎖模模式下工作[3-5]。鎖模技術(shù)是產(chǎn)生超短脈沖（～ps 至～fs）和高重復(fù)頻率（～MHz至～GHz）脈沖輸出的有效途徑。鎖模操作可以通過(guò)主動(dòng)或被動(dòng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。主動(dòng)鎖模技術(shù)通常使用聲光或者電光效應(yīng)將外部信號(hào)應(yīng)用于光損耗調(diào)制器，外部信號(hào)驅(qū)動(dòng)調(diào)制器對(duì)激光腔內(nèi)光場(chǎng)實(shí)現(xiàn)周期性的幅度或者相位調(diào)制，當(dāng)調(diào)制頻率與縱模間隔相等時(shí)，可實(shí)現(xiàn)鎖模，但環(huán)境擾動(dòng)會(huì)影響調(diào)制頻率，從而引發(fā)鎖模的不穩(wěn)定性。此外，外部調(diào)制器的固有電子速度限制脈沖持續(xù)時(shí)間在1 ps～100 ps 的范圍內(nèi)，也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性[6]。被動(dòng)鎖模的關(guān)鍵技術(shù)是需要在激光諧振腔中插入可飽和吸收體（saturable absorbers,SAs），用于獲得激光諧振腔內(nèi)光的自振幅調(diào)制，并利用其非線性特性實(shí)現(xiàn)脈沖窄化，從而得到超短脈沖輸出[7]。與主動(dòng)鎖模技術(shù)相比，被動(dòng)鎖模技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、響應(yīng)快速、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)越性能[8]。

上世紀(jì)90 年代，研究人員廣泛提出并研究了通過(guò)在激光腔中嵌入半導(dǎo)體可飽和吸收鏡（semiconductor saturated absorption mirror,SESAM）作為光纖激光器的Q 開(kāi)關(guān)和被動(dòng)鎖模器件[9-10]，但其存在操作帶寬有限，成本高以及制造工藝復(fù)雜等固有缺點(diǎn)。隨后，以碳納米管和石墨烯為代表的低維材料所表現(xiàn)出的優(yōu)異光學(xué)特性激發(fā)了研究人員對(duì)材料SAs 被動(dòng)鎖模技術(shù)的研究熱潮。2008 年，F(xiàn)umio Shohda 等人基于碳納米管SA 在摻鉺光纖激光器中獲得了115 fs 的超短脈沖輸出[11]。2009 年，深圳大學(xué)Zhang 和南洋理工大學(xué)Bao 等人率先使用石墨烯SA 在摻鉺光纖激光器中，實(shí)現(xiàn)了脈沖寬度為756 fs 的超短脈沖輸出[12]。然而，碳納米管具有較低損傷閾值，其工作波長(zhǎng)取決于碳納米管的直徑[13]；石墨烯具有弱吸收系數(shù)及低損傷閾值[14]等，種種因素也激發(fā)了研究人員對(duì)其他新型低維材料的研究，如拓?fù)浣^緣體（topology insulators,TIs）和過(guò)渡金屬硫化物（transition metal dichalcogenides,TMDs）。其中，Bi2Te3和MoS2等也陸續(xù)被證明是用于產(chǎn)生超短脈沖的被動(dòng)鎖模摻鉺光纖激光器（erbiumdoped fiber laser,EDFL）的有效非線性SAs 材料。2014 年，Lin 等人基于TI-Bi2Te3SA 獲得了436 fs的超快激光[15]。2016 年，M.H.M.Ahmed 等人基于TMD-MoS2SA 在摻鉺光纖激光器中獲得了630 fs的超短脈沖輸出[16]。盡管如此，現(xiàn)有低維材料如TIs 和TMDs 分別因復(fù)雜的制造工藝和相對(duì)較寬的禁帶限制了其作為SAs 在超快光纖激光器中的應(yīng)用[17-18]。不同于以上低維材料，黑磷（black phosphorus,BP）因其具有通過(guò)控制厚度可調(diào)控其帶隙寬窄的優(yōu)勢(shì)，在超快光纖激光器中獲得廣泛應(yīng)用。2016年，E.I.Ismail 等人基于BP-SA 成功在摻鉺光纖激光器中實(shí)現(xiàn)了調(diào)Q 和鎖模操作[19]。然而，BP 長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中時(shí)，損傷閾值由于氧化效應(yīng)而不斷降低，從而極大影響了可飽和吸收性能[20]。過(guò)渡金屬氧化物（transition metal oxides,TMOs）具有優(yōu)異的非線性光學(xué)特性、良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性以及機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，盡管在如氣體傳感器、太陽(yáng)能電池、場(chǎng)致發(fā)射體、光伏器件和光開(kāi)關(guān)等光電領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力，然而其被作為SAs 應(yīng)用于超快光纖激光器中的研究甚少[21-23]。直到最近，這些具有快速恢復(fù)時(shí)間和適當(dāng)調(diào)制深度的TMO（如，ZnO、Al2O3、TiO2）才被開(kāi)發(fā)為SAs應(yīng)用于光纖激光器中[24-26]。2017 年，H.Ahmad 等人基于ZnO SA 成功實(shí)現(xiàn)了雙波長(zhǎng)鎖模摻鉺光纖激光器[24]。2021 年，M.H.M.Ahmed 等人展示了一種基于TiO2SA 的摻銩鎖模光纖激光器，其脈沖寬度窄至1.5 ps[27]。CuO 作為T(mén)MOs 中另一種具有窄帶隙的半導(dǎo)體化合物，呈現(xiàn)出非常理想的優(yōu)勢(shì)，例如高三階光學(xué)非線性效應(yīng)，適當(dāng)?shù)膿p傷閾值以及在皮秒范圍內(nèi)表現(xiàn)出超快弛豫和復(fù)合動(dòng)力學(xué)時(shí)間等，也被視為超快光纖激光器應(yīng)用中SA 的理想候選材料，從而備受研究人員青睞[28-29]。

本文采用液相沉淀法制備CuO 樣品，通過(guò)光脈沖沉積技術(shù)將其沉積在錐形光纖上，制備成SA器件并與摻鉺光纖激光器環(huán)形諧振腔耦合，成功在摻鉺光纖激光器中獲得了傳統(tǒng)孤子與束縛態(tài)孤子脈沖。傳統(tǒng)孤子脈沖工作于波長(zhǎng)1 530.2 nm處，其重復(fù)頻率和脈沖寬度分別為5.34 MHz 和1.23 ps。穩(wěn)定束縛態(tài)孤子脈沖工作在波長(zhǎng)1 529.6 nm處，輸出的重復(fù)頻率和脈沖間隔分別為6.28 MHz和159 ns。其光譜的調(diào)制周期為3 nm。利用雙曲正割多峰曲線對(duì)自相關(guān)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)其脈沖寬度為1.09 ps。兩個(gè)脈沖之間的間隔大小為2.6 ps，與光譜調(diào)制周期相對(duì)應(yīng)，該激光器最大輸出功率和脈沖能量分別為2.2 mW 和1.37 nJ。

1 材料與方法

1.1 材料制備與表征

采用液相沉淀法制備CuO 材料。室溫下取物質(zhì)的量濃度為0.1 mol·L-1的CuSO4溶液100 mL，加入木質(zhì)素磺酸鈣1 g，攪拌溶解，在連續(xù)攪拌下，逐滴滴入2 mol·L-1NaOH 溶液10 mL，在50 ℃下加熱回流5 h，冷卻至室溫，將所得沉淀混合物離心分離，沉淀物用去離子水清洗2 遍，再用無(wú)水乙醇清洗2 遍，離心分離，分離后的固體放入恒溫干燥箱中60 ℃ 干燥11 h，然后將干燥后的固體于350 ℃溫度下焙燒2 h，即得到黑色CuO 顆粒。制備得到的CuO 材料特性如圖1 所示。

圖1 CuO 材料特性Fig.1 Material properties of CuO

圖1(a)、1(b)和1(c)分別是CuO 在不同分辨率下（100 nm、200 nm 以及1 μm）的SEM 圖像，SEM圖像表明CuO 具有類球狀的形貌特征。圖1(d)中的EDX 光譜顯示，樣品由Cu 和O 組成，定量分析結(jié)果表明，Cu 和O 的原子比非常接近1∶1 的化學(xué)計(jì)量。為了更詳細(xì)地研究CuO 的形貌，通過(guò)TEM進(jìn)一步表征了其微觀結(jié)構(gòu)。圖1(e)和1(f)顯示了CuO 的典型TEM 和HRTEM 圖像，TEM 圖像可以觀察到明顯的類球形顆粒結(jié)構(gòu)，HRTEM 圖像顯示了CuO 間距為0.25 nm 的晶格條紋來(lái)自（-111）晶面。CuO 的UV-VIS-NIR 光譜如圖1(g)所示，樣品在200 nm～1 800 nm 之間被吸收，最大強(qiáng)度的吸收峰在466 nm 附近。圖1(h)展示了CuO 的拉曼（Raman）光譜，CuO 的Raman 光譜中在283 cm-1、327 cm-1和628 cm-1呈現(xiàn)出3 個(gè)Raman 散射峰，該研究結(jié)果與CuO 的拉曼特征峰相符。283 cm-1處的Raman 峰相對(duì)較強(qiáng)，與Ag 模式對(duì)應(yīng)，327 cm-1和628 cm-1處的Raman 峰較弱，對(duì)應(yīng)Bg 模式，證明制備的CuO 材料具有單相結(jié)構(gòu)。除此之外，采用XRD 精確分析材料的成份，如圖1 (i)所示，XRD圖譜具有豐富的譜線特性，衍射峰高度有序，證明了CuO 材料的純度，同時(shí)也進(jìn)一步證實(shí)了CuO 的單相結(jié)構(gòu)。圖1(j)、1(k)和1(l)顯示了利用x 射線光電子能譜（XPS）對(duì)制備的CuO 樣品的純度和元素組成的檢測(cè)結(jié)果。圖1(j)為 CuO 的全譜圖，全譜圖包含C、O 和Cu 元素的突出峰。圖1(k)為Cu 2p 譜，顯示了在933.2 eV 處檢測(cè)到Cu 2p3/2峰位，兩個(gè)振蕩衛(wèi)星的結(jié)合能分別比主峰高7.9 eV 和10.6 eV，這些特征對(duì)應(yīng)于銅原子的Cu2+態(tài)。圖1(l)表明O 1s 核心能級(jí)譜很寬，通過(guò)曲線擬合可以求解出兩個(gè)高斯峰（標(biāo)記為I 和II），峰I 的能量較低，為529.5 eV，與CuO 中的O2-一致；而峰II 的能量較高，為531.2 eV，是由于O 被吸附在CuO 顆粒表面。因此，XPS 結(jié)果證明樣品由CuO 組成。表征結(jié)果顯示CuO 被高質(zhì)量制備，為后續(xù)CuO 作為高效的SA 材料提供了可能。

1.2 可飽和吸收體的制備

CuO-SA 器件的制備過(guò)程如圖2 所示。SAs 是材料與光纖耦合以實(shí)現(xiàn)被動(dòng)鎖模的關(guān)鍵器件。目前，制備SAs 的方法多種多樣，最常見(jiàn)的方法包括將材料與錐形光纖、D 形光纖結(jié)合的倐逝波耦合方式以及通過(guò)光纖連接器實(shí)現(xiàn)的傳輸耦合方式。本文選擇錐形光纖作為SA 器件的基底材料，該方法簡(jiǎn)單易操作，同時(shí)具有更長(zhǎng)的材料與激光的相互作用距離，能有效提高器件的非線性和損傷閾值。其中，錐形光纖制備如圖2(a)所示，剝離光纖涂覆層，在光纖兩端施加力的作用下用酒精燈外焰對(duì)剝離區(qū)域進(jìn)行加熱拉伸。通過(guò)高溫拉伸，得到了損耗值約為35%的錐形光纖。圖2(b)顯示了CuO-SA 的制備。首先，將納米CuO 溶于乙醇形成分散溶液，隨后，通過(guò)光脈沖沉積技術(shù)將均勻分散溶液沉積在錐形光纖腰部，實(shí)現(xiàn)了光與物質(zhì)的相互作用。具體來(lái)說(shuō)，光脈沖沉積技術(shù)是指當(dāng)1.5 μm的連續(xù)波通過(guò)錐形光纖時(shí)，將CuO 分散液滴落到錐形光纖腰部，CuO 納米材料將沿溫度梯度粘附在錐形光纖上。至此，CuO-SA 器件制備完成，將其嵌入激光腔中可實(shí)現(xiàn)可飽和吸收效應(yīng)。

圖2 可飽和吸收體制備Fig.2 Fabrication of saturable absorbers

接下來(lái)，搭建了雙臂測(cè)量裝置探究CuO-SA 器件的非線性光學(xué)特性，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖3 所示。NPR 鎖模激光器（中心波長(zhǎng)為1 550 nm）作為泵浦源（Pump），負(fù)責(zé)為整個(gè)系統(tǒng)提供光脈沖。衰減器（Attenuator）的作用是調(diào)節(jié)激光脈沖的輸出功率。50%∶50%的光耦合器（OC）將輸出的激光脈沖分成兩束，一束為測(cè)量光路，經(jīng)過(guò)CuO-SA 器件并連接功率計(jì)（Power），另一束則作為參考光路連接第二個(gè)功率計(jì)。兩個(gè)功率計(jì)完全一致保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性。計(jì)算兩個(gè)功率計(jì)的比值則為CuO-SA 器件對(duì)光的透射率。通過(guò)調(diào)節(jié)泵浦源改變輸出功率的大小，最終得到CuO-SA 器件的非線性飽和吸收特性。CuO-SA 器件的非線性飽和吸收曲線如圖4所示。由圖4 可知，隨著激光強(qiáng)度的逐漸增加，CuO-SA 器件的吸收率逐漸降低，進(jìn)而呈現(xiàn)出飽和吸收狀態(tài)。

圖3 雙臂測(cè)量裝置Fig.3 Experiment diagram of two arm measurement

圖4 非線性飽和吸收曲線Fig.4 Nonlinear saturation absorption curve

整個(gè)狀態(tài)可用公式（1）表示：

式中：αns是非飽和損失；αs是調(diào)制深度；Isat是飽和強(qiáng)度。當(dāng)光子能量大于材料的帶隙時(shí)，光子可以被SA 器件吸收。當(dāng)入射光強(qiáng)較弱時(shí)，該SA 器件的吸收近似為線性。但當(dāng)入射光強(qiáng)I接近飽和光強(qiáng)Isat時(shí)，SA 器件會(huì)呈現(xiàn)出非線性光吸收特性。實(shí)驗(yàn)研究表明，CuO-SA 器件的飽和光強(qiáng)和調(diào)制深度分別為13.1 MW/cm2和6.82%。表1 中對(duì)比了不同過(guò)渡金屬氧化物材料SAs 的非線性光學(xué)參數(shù)。相較而言，CuO-SA 具有合適的調(diào)制深度與較小的飽和強(qiáng)度，由此表明CuO-SA 器件具有良好的非線性吸收特性，可用于激光調(diào)制。

表1 不同過(guò)渡金屬氧化物的摻鉺光纖激光器在1.55 μm波長(zhǎng)的性能比較Table 1 Performance comparison for EDFLs based on various TMOs at 1.55 μm wavelength

2 實(shí)驗(yàn)裝置

摻鉺光纖激光器實(shí)驗(yàn)裝置如圖5 所示。采用波長(zhǎng)為976 nm 的半導(dǎo)體二極管作為泵浦源。長(zhǎng)度為0.3 m、吸收系數(shù)為20 dB/m、波長(zhǎng)約為1 530 nm的摻鉺光纖作為激光增益介質(zhì)，為諧振腔提供增益。泵浦源經(jīng)過(guò)一個(gè)三合一器件（WDM/ISO/OC），其中，980 nm/1 550 nm 波分復(fù)用器（WDM）對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行合并或分離；偏振無(wú)關(guān)隔離器（PI-ISO）保證脈沖單向傳輸，消除端面反射光，從而提高脈沖信噪比；光纖耦合器（OC）輸出30%激光，剩余70%激光繼續(xù)參與腔內(nèi)振蕩。全光纖偏振控制器（PC）通過(guò)改變光纖雙折射來(lái)調(diào)節(jié)光纖中激光傳輸?shù)钠駹顟B(tài)；40.2 m 單模光纖（SMF）以增加腔中的非線性和色散。CuO-SA 置于激光腔中實(shí)現(xiàn)非線性吸收鎖模。除增益光纖外，諧振腔內(nèi)使用的其余光纖為標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SMF-28）。OC 輸出的激光參數(shù)通過(guò)以下儀器進(jìn)行測(cè)試分析：其型號(hào)分別為 Rigol DS6104 的數(shù)字示波器（1-GHz），Anritsu MS9710C光譜分析儀（分辨率 0.02 nm），Rohde &Schwarz FSC6 頻譜儀（2 GHz）及FR-103XL 自相關(guān)儀。

圖5 鎖模摻鉺光纖激光器實(shí)驗(yàn)裝置Fig.5 Experimental device of mode-locked EDFL

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

首先，為了測(cè)試CuO-SA 器件的鎖模效果，在激光腔中暫時(shí)不接入CuO-SA，調(diào)節(jié)泵浦功率和PC 的狀態(tài)，并未實(shí)現(xiàn)鎖模脈沖。然后，將CuO-SA器件接入環(huán)形激光腔中，適當(dāng)調(diào)整 PC 以及泵浦功率，當(dāng)泵浦功率達(dá)到233.6 mW 時(shí)，成功在光纖激光器中實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)孤子鎖模。由此可知，CuOSA 器件在模式鎖定中至關(guān)重要。傳統(tǒng)孤子脈沖輸出具有雙曲正割輪廓，其譜具有明顯的凱利邊帶。凱利邊帶是由非線性效應(yīng)和光纖色散之間的平衡形成的。諧振腔內(nèi)的色散波進(jìn)行干涉產(chǎn)生了凱利邊帶，其一般位于中心波長(zhǎng)的兩端，與中心波長(zhǎng)距離越近，其強(qiáng)度越大。圖6 展示了其脈沖輸出特性。其中圖5(a)為傳統(tǒng)孤子的輸出光譜，其光譜中心波長(zhǎng)為1 530.2 nm，3 dB 帶寬為3.4 nm，光譜圖中可以觀察到由于脈沖和色散波在激光腔內(nèi)的干涉所導(dǎo)致的明顯凱利邊帶；圖6(b)為激光器典型的輸出脈沖序列，脈沖間隔為184 ns；圖6(c)為脈沖的射頻光譜，中心峰位于5.34 MHz 處，與脈沖間隔相對(duì)應(yīng)，同時(shí)，激光器的信噪比高達(dá)53 dB，這表明激光器鎖模狀態(tài)非常穩(wěn)定；圖6(d)為輸出脈沖的自相關(guān)軌跡，利用雙曲正割曲線對(duì)其進(jìn)行擬合，得到的脈沖寬度為1.23 ps。功率計(jì)測(cè)得最大輸出功率為2.2 mW，時(shí)間帶寬積（TBP）值計(jì)算為0.337，略大于理論值0.315，表示脈沖具有輕微啁啾。激光器的輸出脈沖能量為1.37 nJ。

圖6 傳統(tǒng)孤子輸出特性Fig.6 Output characteristics of traditional soliton

繼續(xù)調(diào)節(jié)光纖激光器的泵浦功率以及激光腔內(nèi)偏振態(tài)，當(dāng)泵浦功率為329 mW 時(shí)，激光器獲得了穩(wěn)定的束縛態(tài)孤子脈沖輸出。束縛態(tài)孤子脈沖作為一種束縛的孤子形態(tài)，由多個(gè)子脈沖組成，是由非線性效應(yīng)、色散效應(yīng)、增益和損耗等許多效應(yīng)復(fù)雜作用所引起的孤子之間的斥力和引力平衡的結(jié)果。由于被動(dòng)鎖模光纖激光器只能承受一定程度的非線性相移，高泵浦功率會(huì)導(dǎo)致腔內(nèi)脈沖分裂和多個(gè)脈沖共存，這種平衡導(dǎo)致幾個(gè)相同的脈沖（完全相同的強(qiáng)度，以及相同的光譜和時(shí)間分布）被捆綁起來(lái)，并在相鄰脈沖之間保持恒定的時(shí)間間隔和固定的相位差[37]。圖7 展示了摻鉺鎖模光纖激光器中束縛態(tài)孤子脈沖的輸出特性。其中圖7(a)為光譜圖，其中心波長(zhǎng)為1 529.6 nm，輸出脈沖的光譜調(diào)制周期為3 nm；圖7(b)為束縛態(tài)孤子的輸出脈沖序列，脈沖間隔為159 ns；圖7(c)為束縛態(tài)脈沖輸出的射頻頻譜，從中可以看出其重復(fù)頻率為6.28 MHz；圖7(d)為利用雙曲正割曲線進(jìn)行多峰擬合的自相關(guān)曲線，束縛態(tài)脈沖輸出具有3 個(gè)峰，表明諧振腔內(nèi)有兩個(gè)脈沖被束縛在一起進(jìn)行傳輸。經(jīng)過(guò)測(cè)量，脈沖寬度為1.09 ps，兩個(gè)脈沖之間的間隔大小為2.6 ps。光譜調(diào)制周期與脈沖之間的間隔大小具有一定的關(guān)系，具體可以通過(guò)以下公式表示：

圖7 束縛態(tài)孤子輸出特性Fig.7 Output characteristics of bound-state soliton

式中：λc為光譜中心波長(zhǎng)；Δt為脈沖之間的間隔大??；Δλ為光譜調(diào)制周期；c為真空光速。脈沖之間的間隔大小和光譜調(diào)制周期為反比關(guān)系。束縛態(tài)孤子脈沖是由Malomed 在擴(kuò)展非線性薛定諤方程系統(tǒng)中理論上預(yù)測(cè)，并由Akhmediev 等人在復(fù)雜的Ginzburg-Landau 方程系統(tǒng)中研究而提出，其對(duì)于理解和探索鎖模光纖激光器的內(nèi)在物理機(jī)制具有重要意義，是光纖激光器中能夠觀察到的復(fù)雜非線性動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，對(duì)于探索潛在的耗散性質(zhì)具有極大的幫助作用；同時(shí)，對(duì)于開(kāi)發(fā)光纖傳輸線路中更大的通信容量具有積極的促進(jìn)作用。此外，束縛態(tài)孤子脈沖在光纖通信、材料加工和相干脈沖疊加放大等多種領(lǐng)域中呈現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

表1 將本文所提出的CuO-SA 與基于其他過(guò)渡金屬氧化物納米材料SAs 的鎖模光纖激光器的性能進(jìn)行了比較?？梢钥闯?，CuO 的調(diào)制深度和飽和強(qiáng)度相對(duì)較高，可以與其他報(bào)道的SAs 相媲美。而且，CuO-SA 所演示的鎖模EDFL 的重復(fù)頻率、脈沖寬度和脈沖能量等參數(shù)與其他材料相比亦呈現(xiàn)明顯的優(yōu)勢(shì)。由此可見(jiàn)，CuO-SA 在超快光纖激光器中呈現(xiàn)極好的鎖模性能。并且，相較于其他過(guò)渡金屬氧化物，基于CuO-SA 的超快光纖激光器鎖模穩(wěn)定、性能優(yōu)良。

近年來(lái)，基于低維材料的超快光纖激光器由于其高性價(jià)比和優(yōu)良性能在醫(yī)療、材料加工和通信等領(lǐng)域備受關(guān)注。首先，在醫(yī)療方面，光纖激光器在激光手術(shù)和生物診斷方面顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)。激光提供了一種非接觸的手術(shù)手段，光纖激光器輸出的低能量超短脈沖能夠快速消融腫瘤組織且對(duì)周圍組織的損傷相對(duì)較小，減少了光化學(xué)副作用，是激光外科手術(shù)的理想選擇。此外，光纖激光脈沖通過(guò)與內(nèi)窺鏡結(jié)合，利用激光熒光光譜法可實(shí)時(shí)診斷人體內(nèi)腫瘤組織，為癌癥的早篩查早發(fā)現(xiàn)提供了有效手段。在工業(yè)方面，光纖激光器在精密打孔和材料加工方面應(yīng)用非常廣泛。激光加工過(guò)程中依靠光熱效應(yīng)，屬于非接觸加工。激光束能量可以聚焦到很小尺寸，而且速度快，因此其熱影響區(qū)和變形很小，成本更低。在通信方面，光纖激光器因其可以實(shí)現(xiàn)更高速度的信號(hào)傳輸和更遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳遞而廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域。最重要的是，1.55 μm 波段的光纖激光器損耗很小，更易產(chǎn)生皮秒或飛秒量級(jí)的超短光脈沖，致使該波段的光纖激光器在光通信領(lǐng)域擁有不可替代的地位。

4 結(jié)論

本文搭建了緊湊的環(huán)形腔摻鉺全光纖激光器，采用液相沉淀法制備CuO 樣品，利用光脈沖沉積技術(shù)將制備的樣品沉積在錐形光纖腰部制成CuOSA 器件。將具有良好非線性吸收特性的CuOSA 器件與激光諧振腔耦合，成功在激光器中實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的傳統(tǒng)孤子脈沖和束縛態(tài)孤子脈沖輸出。當(dāng)泵浦功率為233.6 MHz 時(shí)，在中心波長(zhǎng)1 530.2 nm處獲得了脈沖持續(xù)時(shí)間為1.23 ps 的傳統(tǒng)孤子脈沖序列，其3 dB 帶寬為3.4 nm，基本重復(fù)頻率為5.34 MHz，對(duì)應(yīng)脈沖間隔為184 ns，激光器最大輸出功率為2.2 mW,脈沖能量為1.37 nJ。當(dāng)泵浦功率達(dá)到329 mW 時(shí)，在中心波長(zhǎng)1 529.6 nm 處首次獲得了穩(wěn)定的束縛態(tài)孤子脈沖，其光譜調(diào)制周期為3 nm，基本重復(fù)頻率為6.28 MHz，對(duì)應(yīng)脈沖間隔為159 ns，脈沖寬度和脈沖分離度分別為1.09 ps 和2.6 ps。CuO 優(yōu)異的光學(xué)特性又一次證明了過(guò)渡金屬氧化物作為超短脈沖鎖模器件材料的廣闊發(fā)展前景。