光纤激光器中的多孤子，具有基于微纤维的拓扑绝缘体可饱和吸收器

### 光纤激光器中的多孤子：基于微纤维的拓扑绝缘体可饱和吸收器 #### 摘要 本文介绍了一种采用二维纳米材料——拓扑绝缘体（Topological Insulator, TI）Bi2Te3的铒掺杂光纤激光器，在其中实现了多种脉冲模式的产生。通过在微纤维上沉积拓扑绝缘体材料，形成了一种有效的可饱和吸收器（Saturable Absorber, SA），这种吸收器不仅具备了拓扑绝缘体材料强烈的非线性光学响应特性，还利用了微纤维长程交互作用的优点。该微纤维基拓扑绝缘体可饱和吸收器作为模式锁定的良好可饱和吸收器，并且作为一种高非线性介质促进了光纤激光器中各种脉冲模式的形成。通过调节泵浦功率和偏振态，可以调整一个脉冲包络内脉冲的数量，从而获得多种多孤子操作。 #### 引言 自1980年首次观测到光纤中的时间孤子以来，光纤中的时间孤子一直是实验与理论研究的热点。被动模式锁定光纤激光器因其结构简单紧凑，成为实现不同孤动输出的有效来源，包括模式锁定脉冲、孤子聚集、多孤子操作、束缚孤子以及谐波模式锁定等。基于多孤子模式锁定激光器中的非线性脉冲相互作用，可以通过脉冲聚集机制生成新型现象，例如耗散性的异常波浪。这些物理机制可以由声效应、局部孤子相互作用的调制、不稳定连续波成分引起的全局孤子相互作用或直接孤子相互作用来解释。因此，研究被动模式锁定光纤激光器中的多孤子操作具有重要意义。 #### 关键技术与原理 1. **拓扑绝缘体（Topological Insulator, TI）**：拓扑绝缘体是一类特殊材料，其表面展现出导电性质，而内部却表现出绝缘性质。拓扑绝缘体如Bi2Te3等二维纳米材料具有极强的非线性光学性能，适用于制作高效的可饱和吸收器。 2. **可饱和吸收器（Saturable Absorber, SA）**：可饱和吸收器是一种关键元件，用于实现被动模式锁定。当入射光强度超过一定阈值时，可饱和吸收器对光的吸收系数会减少，从而允许脉冲通过并形成稳定的锁模状态。在本研究中，通过在微纤维上沉积拓扑绝缘体材料Bi2Te3，创造了一个高效的可饱和吸收器。 3. **微纤维技术**：微纤维是指直径远小于常规光纤的光纤，它能够提供长程的交互作用长度，增加非线性效应的效率。将拓扑绝缘体沉积在微纤维上，可以有效提高非线性效应的同时保持良好的光耦合。 4. **多孤子操作**：多孤子是指在同一脉冲包络内存在多个孤子的情况。通过调节激光器的泵浦功率和偏振状态，可以控制一个脉冲包络内孤子的数量，进而实现多孤子操作。 #### 结论 该研究展示了通过结合微纤维技术和拓扑绝缘体材料，可以在铒掺杂光纤激光器中实现高效的模式锁定和灵活的多孤子操作。这种方法为开发高性能光纤激光器提供了新的思路和技术途径。未来的研究可以进一步探索更多类型的拓扑绝缘体和其他二维材料在光纤激光器中的应用潜力，以期发现更多新颖的非线性效应和更高效的光子学器件。