基于二维过渡金属硫化物可饱和吸收的Pr3+:YLF可见光超快激光研究

The two-dimensional transition metal dichalcogenidesthe, a kind of novel 2D materials after graphene, have recently received much attention due to their excellent opto-electronics properties and potential applications in optoelectronics. It possesses a thickness dependent electronic and optical property. The valence to conduction band transition of the monolayer transition metal dichalcogenides corresponds visible spectrum, which presents saturable absorption characteristic in this spectrum band. In this project, with the 2D-TMDs saturable absorber as the subject, we plan to characterize the physical and chemical properties and nonlinear parameters of 2D-TMDs in the visible optical band, reveal the basic principle and stable operation conditions for mode-locking in visible ultrafast lasers, and aim to realize visible ultrafast lasers based on the Pr3+:YLF crystals. This project is the basic research and application of the novel 2D-TMDs saturable absorber, in order to provide regular basis for the realization of visible ultrafast lasers.

二维过渡金属硫化物材料（2D-TMDs）是继石墨烯之后又一类新型二维光电功能材料，因具有优秀的光电特性及应用前景，而受到人们的极大关注。其电子能带结构和光学特性具有奇特的层数依赖性，单层TMDs纳米材料能带带隙对应的吸收波长恰好位于可见光波段，能够对可见光进行光调制，呈现出理想的可饱和吸收特性。本项目以2D-TMDs可饱和吸收材料为主要研究对象，重点研究这一新型可饱和吸收材料的物化性能及在可见光波段的可饱和吸收性能，明确其可见光波段超快激光锁模的原理和稳定运转条件，实现基于2D-TMDs可饱和吸收材料Pr3+:YLF晶体可见光超快激光输出。本项目旨在开展2D-TMDs这一新型可饱和吸收材料的基础研究和应用，为可见光波段超快激光器的研究奠定一定的理论和技术基础。

可见光波段（400-700nm）超快激光在生物医学、激光显示、材料表面加工、量子光学、光存储及科学计量等领域都有非常重要的应用。受限于可饱和吸收体，可见光波段的全固态超快激光发展缓慢。二维过渡金属硫化物的出现使全固态、可见光超快激光研究看到了希望。本项目以二维过渡金属硫化物为研究对象，研究其制备工艺、可饱和吸收特性及其在可见光锁模激光器件中的应用。采用液相剥离法制备了高质量的ReS2和ReSe2可饱和吸收体，并对其微观形貌、线性和非线性光学特性、Raman光谱等进行表征，优化谐振腔参数，成功实现了Pr:YLF晶体640 nm调Q激光输出，输出功率~52 mW，重复频率~520 kHz，脉冲宽度~160 ns。通过项目的实施，可以确定层状TMDs可饱和吸收材料在可见光波段具有良好的可饱和吸收特性，在可见光的超快激光应用中具有较大的潜力。在项目执行过程中，共发表SCI论文（标注）9篇，其中项目负责人第一作者发表2篇，通讯作者发表6篇。本项目基金号第一标注8篇，第二标注1篇。