Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Crystal Materials and Institute of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, China
2 Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
Topological nodal-line semimetals attract growing research attention in the photonic and optoelectronic fields due to their unique topological energy-level bands and fascinating nonlinear optical responses. Here, to the best of our knowledge, we first report the saturable absorption property of topological nodal-line semimetal HfGeTe and the related pulse modulation in passively Q-switched visible lasers. Few-layer HfGeTe demonstrates outstanding saturable absorption properties in the visible-light band, yielding the saturation intensities of 7.88, 12.66, and 6.64 µJ/cm2 at 515, 640, and 720 nm, respectively. Based on an as-prepared few-layer HfGeTe optical switch and a Pr:LiYF4 gain medium, Q-switched visible lasers are also successfully achieved at 522, 640, and 720 nm. The minimum pulse widths of the green, red, and deep-red pulsed lasers are 150, 125.5, and 420 ns, respectively. Especially for the green and red pulsed laser, the obtained pulse width is smaller than those of the low-dimensional layered materials. Our work sheds light on the application potential of topological nodal-line semimetals in the generation of visible pulsed lasers.
visible pulsed laser topological nodal-line semimetals saturable absorption Q-switching Pr doping 
Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031601
Author Affiliations
Abstract
1 Shenzhen University, Institute of Microscale Optoelectronics and State Key Laboratory of Radio Frequency Heterogeneous Integration, Nanophotonics Research Center, Shenzhen, China
2 Research Institute of Intelligent Sensing, Research Center for Humanoid Sensing, Zhejiang Lab, Hangzhou, China
3 Delft University of Technology, Optics Research Group, Delft, The Netherlands
Nonlinear responses of nanoparticles induce enlightening phenomena in optical tweezers. With the gradual increase in optical intensity, effects from saturable absorption (SA) and reverse SA (RSA) arise in sequence and thereby modulate the nonlinear properties of materials. In current nonlinear optical traps, however, the underlying physical mechanism is mainly confined within the SA regime because threshold values required to excite the RSA regime are extremely high. Herein, we demonstrate, both in theory and experiment, nonlinear optical tweezing within the RSA regime, proving that a fascinating composite trapping state is achievable at ultrahigh intensities through an optical force reversal induced through nonlinear absorption. Integrated results help in perfecting the nonlinear optical trapping system, thereby providing beneficial guidance for wider applications of nonlinear optics.
nonlinear optical tweezers optical force reverse saturable absorption 
Advanced Photonics
2023, 5(4): 046006
张凯伦 1李国泰 1李帅 1朱占达 1,2,3,4[ ... ]李强 1,2,3,4,*
作者单位
摘要
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院,北京 100124
2 北京市激光应用技术工程技术研究中心,北京 100124
3 激光先进制造北京市高等学校工程研究中心,北京 100124
4 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室,北京 100124
报道了一种基于Yb∶YAG大芯径晶体方波导的全固态被动锁模激光器。在腔内使用Gires‐Tournois干涉(GTI)镜对色散进行补偿,获得了平均功率为16 W、脉冲宽度为2 ps、重复频率为31.7 MHz的激光输出。实验研究了大芯径晶体方波导锁模激光器的输出特性,并提出了提升输出功率的方法。
激光器 锁模 晶体波导 半导体可饱和吸收镜 高功率 
中国激光
2023, 50(7): 0701005
廖袁杰 1李耀鹏 1宋晓晓 1张欣彤 1[ ... ]李晶 1,3,**
作者单位
摘要
1 复旦大学 光科学与工程系上海超精密光学制造工程技术研究中心,上海 200438
2 南京邮电大学 电子与光学工程学院&微电子学院,江苏 南京 210023
3 复旦大学 微纳光子结构教育部重点实验室,上海 200433
对Sb2Te3薄膜的结构、线性光学及非线性吸收性质的Ti掺杂影响进行了系统性探究。利用磁控溅射和高温退火手段制备了不同Ti掺杂浓度的晶态Sb2Te3薄膜。X射线光电子能谱分析显示Sb2Te3薄膜中的Ti元素以Ti4+化学态以TiTe2的形式存在。线性光学性质结果表明,在保持非线性器件中宽工作波长特性的同时,Ti掺杂可以提高Sb2Te3薄膜的透射率,并降低光学带隙从1.32 eV至1.25 eV,根据Burstein-Moss理论,这取决于载流子的减少。利用自主搭建的开孔Z扫描系统,测试了薄膜样品在132 GW/cm2强度下800 nm飞秒激光激发的非线性吸收性质,结果显示的Ti掺杂引起的饱和吸收可调谐行为可归因于光学带隙减小与晶化抑制的竞争效应。此外,Ti掺杂将Sb2Te3薄膜的激光损伤阈值从188.6 GW/cm2提高到了265.5 GW/cm2。总而言之,Ti掺杂Sb2Te3薄膜在非线性光学器件领域具有广泛的应用前景。
钛掺杂 碲化锑薄膜 光学带隙 饱和吸收 开孔Z扫描 Ti-dopant Sb2Te3 thin film optical band gap saturable absorption open-aperture Z-scan 
红外与毫米波学报
2022, 41(6): 1022
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院,黑龙江 哈尔滨 150006
2 哈尔滨工业大学(威海)光电科学系,山东 威海 264209
超材料吸波体凭借其可以在特定波长处实现接近100%的“完美”吸收而被广泛应用在各个领域中。具有可饱和吸收特性的超材料可以用来调控激光脉冲,但超材料光学性质的研究主要集中于红外或太赫兹波段,可见光波段研究较少。基于传统的超材料吸波体三层结构模型,借助二氧化钒的电磁参数随温度变化的相变特性,设计了一种实用的可见光波段超材料饱和吸收体。该超材料的吸收率会随着入射电磁波引起的温度升高而饱和,最终其会转变为高反射状态,具有类似半导体饱和吸收镜的特性。对该结构进行数值模拟,发现其在405~650 nm波长范围内,平均饱和深度为16%。
材料 超材料 可饱和吸收 二氧化钒 可见光激光器 激光锁模 
光学学报
2022, 42(15): 1516001
Author Affiliations
Abstract
Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore, 4 Engineering Drive 3, 117576, Singapore
Nonlinear optics is an important research direction with various applications in laser manufacturing, fabrication of nanostructure, sensor design, optoelectronics, biophotonics, quantum optics, etc. Nonlinear optical materials are the fundamental building blocks, which are critical for broad fields ranging from scientific research, industrial production, to military. Nanoparticles demonstrate great potential due to their flexibility to be engineered and their enhanced nonlinear optical properties superior to their bulk counterparts. Synthesis of nanoparticles by laser ablation proves to be a green, efficient, and universal physical approach, versatile for fast one-step synthesis and potential mass production. In this review, the development and latest progress of nonlinear optical nanoparticles synthesized by laser ablation are summarized, which demonstrates its capability for enhanced performance and multiple functions. The theory of optical nonlinear absorption, experimental process of laser ablation, applications, and outlooks are covered. Potential for nanoparticle systems is yet to be fully discovered, which offers opportunities to make various types of next-generation functional devices.
nonlinear optics nanoparticles optical limiting saturable absorption laser ablation 
Opto-Electronic Science
2022, 1(5): 210007
作者单位
摘要
1 西北大学 物理学院 光子学与光子技术研究所,西安 710069
2 西安邮电大学 理学院,西安 710121
利用液相剥离法制备了WS2纳米片,结合真空抽滤技术,控制上清液体积制备了不同厚度的WS2薄膜。在此基础上,使用800 nm飞秒激光的Z扫描技术表征了WS2纳米薄膜的三阶非线性吸收特性。研究发现,制备的不同厚度的WS2都表现出可饱和吸收特性,可饱和吸收主要是由于单光子吸收所引起的泡利阻塞效应引起;随着厚度的增加,饱和强度基本不变,调制深度会有所提高,但是三阶非线性极化率虚部的绝对值和品质因子会降低。这主要是因为较厚的薄膜缺陷更多,更容易捕获光生载流子,从而三阶非线性吸收和厚度有一定的依赖关系。可饱和吸收可以用于调Q激光器以及锁模激光器,为WS2薄膜在超快开关和超快激光的应用提供实验支持。
二硫化钨 三阶非线性 可饱和吸收 厚度依赖 Z扫描 Tungsten disulfide(WS2) Third order optical nonlinearity Saturable absorption Thickness dependence Z-scan 
光子学报
2022, 51(4): 0416002
李帅 1李国泰 1张凯伦 1朱占达 1,2,3,4[ ... ]李强 1,2,3,4,*
作者单位
摘要
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 北京 100124
2 北京市激光应用技术工程技术研究中心, 北京 100124
3 激光先进制造北京市高等学校工程研究中心, 北京 100124
4 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
大芯径晶体波导可吸收更高功率的泵浦光,能够实现更高的输出功率,同时在锁模运行时芯层中的峰值功率密度相对较低,而且减少了非线性效应的积累。基于此,构建了一种基于Yb∶YAG大芯径晶体方波导的被动锁模皮秒激光器。实验中,首先使用高反镜替代半导体可饱和吸收镜(SESAM),在较高的泵浦功率下调节晶体波导的位置和角度以实现泵浦光与波导芯层的匹配;然后,仔细调节球面反射镜的角度,使信号光耦合进波导芯层中以尽量减小腔内的损耗。所设计的激光器采用折叠腔结构,在腔内没有色散补偿器件的情况下,实现了平均功率为10.2 W、脉冲宽度为65 ps、重复频率为30.15 MHz、单脉冲能量为0.34 μJ的激光输出。
激光器 固体激光器 锁模激光器 晶体波导 半导体可饱和吸收镜 
光学学报
2022, 42(10): 1014004
王煜 1吴伟冲 1朱占达 1,2,3,4惠勇凌 1,2,3,4[ ... ]李强 1,2,3,4,*
作者单位
摘要
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 北京 100124
2 北京市激光应用技术工程技术研究中心, 北京 100124
3 激光先进制造北京市高等学校工程研究中心, 北京 100124
4 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
确定具有各向异性、非线性吸收特性的调Q晶体内电偶极子的取向,是测量其吸收截面的重要条件。通过对Co 2+∶MgAl2O4晶体所属的空间群以及掺杂Co 2+在晶胞结构中的位置对称性的分析,确定了晶体内电偶极子的跃迁方向主要是沿晶胞的4个体对角线方向分布的,建立了偏振入射光在Co 2+∶MgAl2O4晶体内传输的理论模型。实验测量了沿[100]方向切割的Co 2+∶MgAl2O4晶体在偏振入射光沿晶胞面对角线方向时的非线性透过率曲线,利用建立的模型对实验结果进行拟合,得到Co 2+∶MgAl2O4晶体在1.5 μm波段的基态吸收截面和激发态吸收截面分别为(3.6±0.3)×10 -19 cm 2和(4.5±0.4)×10 -20 cm 2
激光光学 被动调Q Co2+∶MgAl2O4 各向异性 可饱和吸收 吸收截面 
光学学报
2022, 42(10): 1014001
作者单位
摘要
西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048
提高二维纳米材料的非线性光学响应,推动非线性光学在光电子领域的应用,是当前的一项巨大挑战,而构建高质量的范德瓦耳斯异质结,研究其非线性光学响应的内在机理,是解决途径之一。本文采用液相剥离结合真空抽滤技术,选择不同的混合方式(粉末混合、超声后混合、离心后混合),构建了三种二硫化铼/石墨烯异质结薄膜,并利用拉曼光谱仪、近红外吸收光谱仪以及原子力显微镜等对其进行了光学表征。采用自主搭建的高重复频率、窄脉宽飞秒Z扫描系统,重点研究了上述异质结薄膜在800 nm处的非线性光学特性,得到了其三阶非线性极化率虚部、品质因数等重要的非线性光学参数。结果表明:异质结的成功构建使得材料的非线性光学响应显著增强,超声后混合的二硫化铼/石墨烯薄膜的品质因数是纯二硫化铼薄膜的3.5倍,纯石墨烯的1.6倍;超声后混合的二硫化铼/石墨烯薄膜具有最高的反饱和吸收特性,其品质因数相较于粉末混合、离心后混合的异质结薄膜分别提高了44%和27%。本文为范德瓦耳斯异质结的制备提供了新思路,同时也为飞秒光限幅器件的研究打下了理论基础。
材料 范德瓦耳斯异质结 二硫化铼 石墨烯 非线性光学 反饱和吸收 
光学学报
2021, 41(20): 2016002

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