基于Mxene锁模的高功率掺铥光纤激光器研究

The new two-dimensional transition metal carbonitride MXene has a unique layer structure, good electronic conductance, and good chemical stability. In-depth study of its nonlinear optical properties and its application in the field of laser technology can provide a new solution for obtaining self-starting, high-energy ultrafast lasers. In this project, we plan to develop a saturable absorber based on MXene nanomaterials and its application in high power thulium-doped fiber lasers. We will mainly focus on the study of the fabrications and characterizations of the MXene-SA. The potential value of MXene-SA to generate high power ultrashort pulses will be studied by using thulium-doped fiber lasers and amplifiers. The research of this project will promote the development of ultra-fast photonics of two-dimensional materials, and provide a new exploration for the research of two-dimensional materials in high-power pulsed fiber laser sources, which has important research significance and practical value.

新型二维过渡金属碳氮化物MXene具有独特的层状结构、电子电导和化学稳定性好等特点，深入研究其非线性光学特性和在激光技术领域中的应用可为获得自启动、大能量的超快激光提供一种新的方案。本项目拟开展一种基于MXene纳米材料的可饱和吸收体（MXene-SA）的制备及其在高功率掺铥光纤激光器中的应用研究。重点研究MXene-SA的制备技术、非线性光学特性表征。在掺铥光纤激光器和放大器中研究MXene-SA产生高功率大能量超短脉冲的潜在价值。本项目的研究将推动二维材料超快光子学的发展，为二维材料在高功率脉冲光纤激光光源的研究提供新的探索，具有重要的研究意义和实用价值。

新型二维过渡金属碳氮化物MXene具备优异的电学、化学及光学性能，其在储能、环保、催化、生物医学、传感、电磁干扰屏蔽、非线性光学等领域具有重要的应用价值。在非线性光学领域，可利用MXene制备成高性能的可饱和吸收体（MXene-SA）。可饱和吸收体是实现超短脉冲激光输出的核心器件之一。为了在掺铥光纤激光波段实现自启动、大能量的超快激光输出，本研究围绕“基于Mxene锁模的高功率掺铥光纤激光器研究”，采用喷涂法和磁控溅射法分别在金镜表面和拉锥光纤锥区形成不同类型的MXene-SA。同时，通过优化制备工艺，提升MXene-SA的损伤阈值和调制深度，并将其应用到高功率掺铥光纤激光器中用以实现大能量、高功率的输出。最终，在我们搭建的激光系统中，我们获得了最大单脉冲能量为10.26 nJ、最高平均输出功率为102.5 W的激光输出。我们的研究表明，基于二维过渡金属碳氮化物MXene-SA在高功率激光技术中同样具有较高的应用前景。