二維材料增強光纖

二維材料可用于涂覆光纖以增強非線性相互作用，為構建未來非線性和超快激光系統(tǒng)開辟新途徑。NIR 和 SWIR 光譜測量并量化輸出特性和光學行為。石墨烯和過渡金屬二硫屬化物 (TMD)等原子薄二維材料可用于涂覆其他材料，以增強其功能并更好地利用其光學特性。來自中國科學院和北京大學的劉忠范研究小組在最近發(fā)表的《自然納米技術》雜志上描述了他們如何增強二維材料非線性特性在光纖中的應用。他們的方法可應用于廣泛的材料和光纖設計，為二維材料增強激光器和光轉換系統(tǒng)開辟了新的可能性。

該團隊通過化學氣相沉積處理將 TMD MoS 2生長到二氧化硅纖維上，并使用拉曼和 PL 光譜來顯示 2D 材料層的高度均勻性和質量(兩者都是所有 2D 材料的基本表征技術)。由于其原子薄結構，薄膜不會對光纖中的光學模式產(chǎn)生負面影響，并且通過整個光纖長度的相互作用，可以大大增強非線性效應。實驗表明，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) 增強高達 300 倍。研究人員還構建了一種脈沖寬度短至 200 fs 的電信波長鎖模激光器，其中使用 MoS2 作為可飽和吸收器，采用無自由空間光學部件的全光纖設計。

兩個實驗都使用光譜法。第二次和第三次諧波的產(chǎn)生由SP2500 光譜儀監(jiān)測，并由Pylon-400BRX 深耗盡光譜相機進行檢測。使用深耗盡型傳感器可以實現(xiàn)寬光譜覆蓋范圍，并且在近紅外波長范圍內具有特別高的靈敏度。

測量通過監(jiān)測信號波長來確認諧波信號的存在，并將放大增強量化為輸入功率和光纖長度的函數(shù)。使用HRS-300 攝譜儀和NIRvana-640 InGaAs 相機測量 1550 nm 短波紅外波長范圍內鎖模激光器的輸出。

根據(jù)測量結果，研究人員得出結論：“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)境適應性在小面或外表面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，表明它已經(jīng)為超快激光器的科學研究和工業(yè)應用做好了準備。” 由于他們的方法適用于不同的光纖設計和其他 2D 材料，因此未來可以期待具有 2D 材料增強功能的光纖激光器的新設計。

審核編輯 黃宇