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基于双过渡金属MAX相可饱和吸收体的被动调Q光纤激光器

摘要

被动调Q光纤激光器具有结构紧凑、光束质量好、脉冲能量大、稳定性好等优点，

已广泛应用于精密加工、生命科学、空间通讯、军事国防等领域。可饱和吸收体

（SaturableAbsorbers,SA）是被动调Q光纤激光器的核心光子学器件。目前使用较为

广泛的可饱和吸收体材料主要有石墨烯、碳纳米管、拓扑绝缘体、黑磷等。但是这些

材料存在制备过程复杂、稳定性差、成本高以及损伤阈值低等问题。近年来，MAX相

材料因兼具金属和陶瓷的结合性能吸引了广泛关注。这种结合特性使得该类材料具有

高的损伤容限、优良的抗氧化性、抗热震性以及高的导电性和导热性。此外，MAX相

材料具有优异的可饱和吸收性能，是一种有价值的可饱和吸收材料。和单过渡金属

MAX相材料相比，双过渡金属MAX相在调控材料的热学、光学、电学和化学等特性

方面具有更加灵活的维度。然而，双过渡金属MAX相材料的光学特性尤其是可饱和吸

收特性还鲜有探究。本文系统地研究了双过渡金属MAX相材料TiNbAlC和TiNbAlC

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的材料特性及其可饱和吸收特性，并基于以上两种材料的可饱和吸收体在掺铒光纤激

光器中实现了稳定的被动调Q脉冲激光输出。本论文的主要研究内容和创新点如下：

1.研究了双过渡金属材料TiNbAlC的可饱和吸收特性，并基于TiNbAlC-SA在

1531.57nm处实现了被动调Q激光输出。首先使用溶液滴铸法制备了TiNbAlC-SA，该

饱和吸收体的调制深度、饱和强度和非饱和吸收损耗分别为1.75%，0.089MW/cm2和

32.81%。将该可饱和吸收体置于掺铒环形光纤激光器中，可获得的最小脉冲持续时间

为3.18μs，最大单脉冲能量为51.56nJ，最大重复频率为37.9kHz，信噪比为50dB。

这是首次使用双过渡金属MAX材料作为可饱和吸收体的应用研究。实验结果表明，双

过渡金属MAX相TiNbAlC材料是一种十分有潜力的可饱和吸收体材料。

2.基于双过渡金属MAX相TiNbAlC-SA，实现了中心波长为1531.43nm的稳定

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调Q光纤激光输出。在泵浦功率为300mW时，获得调Q激光的最小脉冲持续时间为

3.67μs，最大重复频率为32.56kHz，最大输出功率为1.08mW，最大脉冲能量为33.14

nJ。实验结果表明，TiNbAlC是一种有潜力的饱和吸收体材料。这是首次关于

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TiNbAlC材料作为可饱和吸收体在掺铒光纤激光器中实现稳定调Q脉冲输出的报道。

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我们的工作促进了双过渡金属MAX相材料作为非线性光子器件的应用。

关键词：光纤激光器；被动调Q；可饱和吸收体；双过渡金属MAX相

基于双过渡金属MAX相可饱和吸收体的被动调Q光纤激光器

Abstract

PassivelyQ-switchedfiberlasershavethemeritsofcompactstructure,highbeamquality,

highpulseenergy,highstabilityandhavebeenextensivelyappliedinvariousfields,suchas

precisionmachining,lifesciences,spacecommunication,militaryandnationaldefense.

SaturableAbsorberisacrucialphotonicsdeviceofpassivelyQ-switchedfiberlase