上海光机所在用于1.3μm高性能固体激光器的脉冲激光调制器件方面取得进展

文章编号：749 / 更新时间：2024-03-16 10:23:39 / 浏览：次

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所邵建达研究员、赵元安研究员团队，成功研制一种基于波纹结构ITO薄膜（CITO）的可饱和吸收体器件。该器件克服了平面介电常数近零（ENZ）薄膜中的ENZ场增强效应固有的偏振和角度依赖问题，在0－20°范围内实现了偏振无关的线性和非线性光学性能。相关成果以“Acorrugatedepsilon－nearzerosaturableabsorberforahigh－performance1．3μmsolid－statebulklaser”为题发表于Nanoscale。

平面ENZ薄膜中的ENZ场增强效应可以增强光与物质相互作用，产生强的非线性光学效应，减小实际应用的器件尺寸。结合其宽带、互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容、可集成化、高调制速度等优势，ENZ薄膜在基于非线性光学性能的件方面具有重要的应用价值。但ENZ场增强效应具有固有的窄带、偏振依赖和角度依赖特征，极大地限制了基于ENZ材料的非线性光学器件的ENZ场增强效应有效利用。

图1CITO可饱和吸收体的结构示意图和其在1340nm的非线性吸收测试结果。

本研究提出了利用基于半椭球壳激发单元实现ENZ偏振不敏感和广角激发策略。并进一步构建了基于ENZ半椭球壳阵列的波纹ITO薄膜光耦合结构。利用低成本的自组装工艺，制备了具有对称几何形状的CITO薄膜。研究结果表明，其在1340nm的0°入射下，非线性吸收系数为C609．9cm／GW，是平面ITO薄膜的8倍。此外，在0C20°的宽角度范围内，CITO薄膜的强非线性光学性能不受泵浦激光入射角和偏振态的限制。利用CITO薄膜优异的非线性光学性能，设计一种新型的ENZ可饱和吸收体，在1．34μm成功实现了高性能的全固态脉冲激光输出，与平面ITO薄膜相比，基于CITO可饱和吸收体的调Q激光输出脉宽缩窄约10倍。该研究优化了基于ENZ薄膜的可饱和吸收体性能，同时为其他基于ENZ材料的光学器件的角度和偏振依赖问题提供了可靠解决方案，有利于脉冲激光调制器和高性能的发展。

图2基于CITO可饱和吸收体的1．34μm被动调Q激光输出结果。（a）输出功率；（b）脉冲宽度和重复频率；（c）单脉冲能量和峰值功率；（d）不同时间尺度的典型脉冲序列图；（e）发射光谱。

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