基于石墨烯饱和吸收被动锁模超快动力学研究

新型超快脉冲光源的探索仍然是当今科学技术中一个重要的研究领域。石墨烯作为饱和吸收调制元件，具有饱和强度低、恢复时间短、调制深度大和波长调谐范围宽等优点，且制备成本很低，是一种在超快脉冲产生、光纤孤子通讯、光开关等诸多现代光子学领域中极有应用背景的多功能材料。本项目从理论上开展石墨烯非线性饱和吸收被动锁模动力学研究，分析石墨烯非线性饱和吸收锁模动力学过程的宏观参量与微观结构之间的内在关系；利用液相剥离方法成功制备出大尺寸石墨烯和氧化还原石墨烯（RGO）并设计成饱和吸收镜，将其应用于全固态锁模脉冲激光器件中，成功的实现了基于石墨烯锁模的超快脉冲输出。分别获得石墨烯高功率连续波锁模Nd:GdVO4 1.065µm和1.341µm皮秒脉冲激光输出；在宽增益Yb:KGW晶体中实现功率为504 mW 脉宽为428 fs的1031.1 nm激光运转；利用RGO为饱和吸收镜,实现了Yb:GGG被动锁模643 fs激光,功率高达800mW. 我们将石墨烯锁模波段延伸到2 μm，研究了石墨烯被动开关短脉冲激光特性，实现了石墨烯调Q Tm:YAP 1.938μm激光输出，脉冲宽度~735ns、重复频率20-42kHz、平均功率400mW。上述研究工作展示了石墨烯作为非线性饱和吸收材料具有的极短恢复时间、低损耗和成本低廉等优秀的光电性能，为研制高效率、低成本全固体超快激光器提供了新的方法与思路，研究成果引起国内外激光同行的关注。我们在Optics Letters,36, 1948 (2011)发表的文章到目前SCI引用已超过60次，被美国光学学会（OSA）列为激光与激光光学领域OAS杂志最优秀文章之一（The Best in Laser and Laser Optics Content from OSA’s Journals），是近两年OAS三大光学期刊《Advances in Optics& photonics》, 《Optics Letters》, 《Optics Express》激光领域中最大下载量的20篇文章之一。2011年12月我们在Appl.Phys.Lett上发表的文章被2010年诺贝尔物理奖获得者K.S.Novoselov 在《Nature》490,（2012）192综述文章中引用。