基于金纳米棒可饱和吸收体的3μm波长锁模光纤激光器的研究

Mode-locked fiber lasers at 3μm wavelength have important applications in fundamental research, medicine, and military etc. Saturable absorber (SA) is a key element for realize passively mode-locked lasers. In our previous research, we have realized mode-locked fiber lasers at 1μm, 1.5μm and 2μm wavelength by using gold nanorods (GNRs) as SA. It’s very meaningful to realized femtosecond fiber laser at 3μm wavelength in order to explore the wideband SA characteristic of GNRs. In this project, we will investigate the SA properties and applications of GNRs at 3μm wavelength are based on our previous research. The following issues will be addressed: the SA properties of GNRs at 3μm wavelength will be studied, and the relation between SA parameters and materials will be uncovered experimentally; Mode-locked laser at 3μm wavelength will be demonstrated by using the SA characteristics of GNRs; Femtosecond pulse generation at 3μm wavelength will be obtained by control the effects of photo-thermal and dispersion in the laser cavity.

3μm锁模脉冲光纤激光器在基础科学研究、医疗及国防等领域具有重要的应用。可饱和吸收体是实现被动锁模脉冲激光输出的核心器件。在我们前期工作中，已经实现了基于金纳米棒可饱和吸收体的近红外波段（1μm、1.5μm和2μm）锁模脉冲激光输出。进一步探索其宽带可饱和吸收特性，将锁模激光运转波长拓展到中红外3μm波段，研制出3μm波长处的飞秒脉冲激光输出是非常有意义的。本项目拟在申请人前期的研究工作基础上，开展金纳米棒在3μm波长处的可饱和吸收特性研究及应用。主要内容包括：揭示3μm波长处的金纳米棒可饱和吸收光学特性和规律，建立可饱和吸收参数和材料参数之间的联系；利用其独特的可饱和吸收特性实现3μm波长处的锁模脉冲激光输出；系统地研究光热效应和色散效应对锁模脉冲形成的影响，进而实现3μm波长处的飞秒脉冲激光输出。

中红外3μm波长处的脉冲光纤激光器在科研、医疗及军事等方面都有着重要的应用空间，受到激光领域研究者的广泛关注。在本项目的资助下，我们围绕中红外3μm波长处的脉冲光纤激光产生，开展了不同结构金纳米材料的制备、中红外波段非线性可饱和吸收特性以及脉冲激光产生的实验研究。在国际上，首次实现了基于金纳米材料、碳纳米材料在3μm波长处的锁模及调Q脉冲光纤激光输出。此外，我们还实现了基于金纳米材料在可见及近红外波段的涡旋脉冲激光产生等工作，取得了一系列国际国内较为领先的研究成果。本项目的研究不仅深化了金纳米材料等表面等离激元材料在中红外波段非线性可饱和吸收特性的研究，还促进了中红外波段脉冲光纤激光器的发展。基于上述研究成果，课题组发表国际学术论文19篇（SCI收录17篇，其中中科院SCI期刊分区一区论文6篇，二区论文3篇），项目负责人第一及通讯作者论文12篇，申请国家发明专利1项。