上海光机所在高损伤阈值中红外可调谐脉冲激光调制器件方面取得进展

近期，中科院上海光机所邵建达研究员、赵元安研究员团队和香港城市大学余健文教授团队合作，成功研制一种具有高激光损伤阈值和可调谐非线性光学参数的中红外宽波段CdO可饱和吸收体器件。相关成果以“Tunable and Robust Mid-Infrared Saturable Absorber Employing Tungsten Doping Cadmium Oxide”为题发表于Advanced Functional Materials。

高功率的2-5μm中红外脉冲激光对通信、传感和医疗等领域有重要应用价值。可饱和吸收体是通过被动调制技术实现脉冲激光的核心器件。目前商用的可饱和吸收体主要集中在近红外波段、调制带宽较窄。新兴的二维材料中红外可饱和吸收体则存在激光损伤阈值低、物化性能不稳定、制备工艺复杂等问题。因此制备综合性能优异的中红外可饱和吸收体仍是中红外脉冲激光发展的重要课题之一。

本研究中，提出一种新型的基于氧化镉（CdO）薄膜的中红外可饱和吸收体，研究发现其具有134mJ/cm2的高激光损伤阈值（800nm, 150fs）和2.0-3.9μm的宽带饱和吸收性能，并进一步提出通过W离子掺杂工程实现CdO的非线性光学参数有效调谐的方案。在一定范围内增加W掺杂浓度，可提升其饱和吸收响应，加快载流子弛豫过程。基于高抗激光损伤和非线性光学参数可定制的CdO可饱和吸收体，在2μm实现了输出性能可控的调Q脉冲激光输出，脉冲宽度从372.0ns到254.3ns可调。CdO非线性光学性能的可调谐特性为中红外可饱和吸收体的设计开辟了更大的参数空间，为开发紧凑和高性能的中红外脉冲激光器提供了材料基础。

图1.（a）2.5μm简并泵浦-探测实验结果;（b）饱和吸收和载流子弛豫过程图解;（c）载流子弛豫时间τ和透过率调制幅度ΔT/T0。

图2.（a）基于CdO-SA和W掺杂CdO-SAs的2.0μm被动调Q激光输出参数；（b）典型的脉冲序列图。

该工作得到了上海市科委港澳台合作计划、香港城市大学SGP计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、中科院特别研究助理资助项目、中国科学院国际合作局对外合作重点项目的支持。

相关链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202307234