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亮点文章 | 2020年第18期

已有 472 次阅读 2020-10-12 15:14 |系统分类:论文交流

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封面文章

MnPS3可饱和吸收体被动锁模掺铒光纤激光器双波长激光

俞强, 郭琨, 陈捷, 王涛, 汪进, 史鑫尧, 吴坚, 张凯, 周朴

物理学报. 2020, 69 (18): 184208

过渡金属硫代亚磷酸盐 MnPS是三元含磷二维材料,具有新颖的光电特性。采用化学气相传输方法生长 MnPS单晶,结合机械剥离方法制备可饱和吸收体光纤调制器件。以MnPS可饱和吸收体构建掺铒光纤环形激光器,实现脉冲间隔为 196.1 ns,脉冲宽度为3.8 ns,最高输出功率为 27.2 mW,1565.19 nm 和 1565.63 nm 双波长锁模脉冲激光输出,实现 280 h 以上高稳定自启动双波长锁模输出。


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图1  基于MnPS3-SA的脉冲光纤激光器的性能 (a) 输出功率与抽运功率的关系; (b) 输出光谱; (c) 脉冲序列; (d) 脉冲脉宽; (e) 0—MHz射频信号; (f)射频基频信号


同行评价

利用化学气相传输法制备 MnPS单晶和调制器件,首次实现 MnPS3-SA 双波长锁模激光,文章内容创新性突出,预期可满足通信等应用需求。二维材料 MnPS作为可饱和吸收体,可以提供一种新型方法实现低成本、稳定性好的双波长的锁模脉冲输出,在光纤通信、工业加工、医疗器械等领域都有潜在的应用价值。


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编辑推荐

基于声子晶体位错理论的二维超声塑料焊接系统

林基艳, 林书玉

物理学报. 2020, 69 (18): 184302

为了有效改善二维工具头辐射面振幅分布不均匀的问题,对二维超声塑料焊接系统进行了优化设计研究:首先,利用横向位错在大尺寸长条形工具头上构造近周期声子晶体同质位错结,调节带隙的宽度和位置,使得二维超声塑料焊接系统的工作频率位于工具头的横向振动的带隙内,进而有效地控制工具头方向的横向振动;其次,利用近周期声子晶体斜槽结构进一步优化辐射面的振幅分布均匀度,并分析了斜槽结构参数对超声塑料焊接系统纵向共振频率和振幅分布均匀度的影响规律。模拟仿真结果表明,近周期声子晶体同质位错结和斜槽结构能够实现对二维超声塑料焊接系统的优化,为横向振动抑制理论的进一步研究提供了基础。


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图1  两种结构在方向的加速度响应曲线对比图


同行评价

该论文利用声子晶体的位错以及帯隙理论对二维超声塑料焊接系统中的横向振动抑制进行了研究。结果表明:利用近周期声子晶体同质位错结、带隙理论,同时结合耦合振动理论,可以实现二维超声塑料焊接系统的优化设计。论文选题新颖,将声子晶体理论应用到超声塑料焊接系统的优化设计中,研究思路具有创新性,研究结果具有理论学术价值和实际工程应用意义。


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编辑推荐

530 W全光纤结构连续掺铥光纤激光器

刘茵紫, 邢颍滨, 廖雷, 王一礴, 彭景刚, 李海清, 戴能利, 李进延

物理学报. 2020, 69 (18): 184209

采用改进的化学气相沉积工艺结合溶液掺杂法制备了掺 Tm3+ 石英光纤预制棒,并拉制成纤芯/包层尺寸约为25/400 μm 的双包层掺 Tm3+ 光纤,通过电子探针显微分析测得其中Tm2O3和 Al2O3 的浓度分别为2.6 wt% 和1.01 wt%,在793 nm 处测得的包层吸收为3 dB/m。基于上述大模场掺 Tm3+ 光纤,搭建了一个高功率全光纤主振荡功率放大结构的掺 Tm3+ 光纤激光器,窄线宽掺 Tm3+ 种子源经过一级放大后,最高输出功率达到 530 W,对应的斜率效率为 50%,输出激光的中心波长为 1980.89 nm。实验中没有观察到明显的放大自发辐射和非线性效应,输出功率仅受限于抽运功率。该结果为目前国内 2 μm 波段全光纤结构激光器实现的最高输出功率,验证了国产掺 Tm3+ 石英光纤在高功率系统中的可靠性。



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图1  放大级输出功率及后向回光随抽运功率的变化


同行评价

高功率掺铥光纤激光器在工业、医疗、通信领域有着广阔的应用前景,国内高功率掺铥光纤激光器的发展相对较慢且国内研究单位在高功率系统的大模场掺铥光纤的选用上长期依赖国外公司。本文作者采用自制高掺杂,25/400 规格的掺铥光纤,搭建了一个全光纤 MOPA 结构连续光输出掺铥光纤激光器,激光系统的最大输出功率为 530W,对应的放大级斜率效率为50%,显著提高了我国在这一领域的研究水平。研究内容论述详细,实验数据详尽充分,结论可靠。


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编辑推荐

可实现宽频带光波非对称传输的自准直效应光子晶体异质结构

费宏明, 严帅, 徐瑜成, 林瀚, 武敏, 杨毅彪, 陈智辉, 田媛, 张娅敏

物理学报. 2020, 69 (18): 184214

利用光子晶体的自准直效应和能带特性,设计了一种能实现宽频带光波非对称传输的二维光子晶体异质结构。该结构实现宽频带、高正向透射、非偏振选择的非对称传输。横电 (transverse electric, TE) 偏振光非对称传输波长带宽可达 532 nm,在光通信波长1550 nm 处正向透射率和透射对比度分别可达 0.693 和 0.946;横磁 (transverse magnetic, TM) 偏振光非对称传输波长带宽为 128 nm,在光通信波长 1550 nm 处正向透射率和透射对比度分别可达 0.513 和 0.972;通过进一步优化异质结界面,在 TE 偏振光下非对称传输波长带宽可达 562 nm。


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图1  硅基光子晶体异质结构示意图


同行评价

文章根据光子晶体的自准直效应和能带特性,设计了一种能实现光波非对称传输二维光子晶体异质结构,利用光子晶体的自准直效应实现高正向透射,同时通过广义全反射原理来摆脱能带的限制,实现宽波段低反向透射率。该结构可实现宽频带、高效率、非偏振选择的非对称传输。文章构思巧妙,工作详实。


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编辑推荐 

构建垂直金纳米棒阵列增强NaYF4:Yb3+/Er3+纳米晶体的上转换发光

高伟, 王博扬, 韩庆艳, 韩珊珊, 程小同, 张晨雪, 孙泽煜, 刘琳, 严学文, 王勇凯, 董军

物理学报. 2020, 69 (18): 184213

以金纳米棒垂直阵列 (gold-nanorods vertical array,GVA) 为衬底,SiO2为隔离层,构建 GVA@SiO2@NaYF4:Yb3+/Er3+纳米复合结构。在近红外980 nm 激发下,通过改变中间隔离层 SiO2 的厚度,研究 GVA对NaYF4:Yb3+/Er3+ 纳米晶体上转换发光的调控规律。实验结果表明,当 SiO2 层的厚度增大至 8 nm时,Er3+ 离子整体的上转换发射强度增大近8.8倍,且红光强度增强尤为明显,约为16.2倍。为了进一步证实 GVA 对 Er3+ 离子红光发射的增强效果,以红光发射为主的 NaYF4:40%Yb3+/2%Er3+ 纳米晶体为对象展开研究,发现 Er3+ 离子红绿比由 1.84 增加到 2.08,证实该复合结构更有利于提高红光的发射强度。通过对其光谱特性、发光动力学过程的研究并结合其理论模拟,证实了上转换发光的增强是由激发与发射增强共同作用,而激发增强占据主导地位。采用该套复合体结构实现上转换荧光发射的增强,不仅有效地利用了贵金属的等离激元共振特性,而且对深入理解等离激元增强上转换发光的物理机理提供理论依据。


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图1  在 980 nm 激光激发下,(a)不同衬底的NaYF4:20%Yb3+/2%Er3+纳米晶体上转换发射光谱图;(b)对应的荧光增强因子;(c)和(d)随着衬底变化Er3+离子的发射峰面积及对应的R/G比值(RE1:NaYF4:20%Yb3+/2% Er3+;M-RE1,M-RE14和M-RE18:GVA@SiO2(0 , 4 , 8 nm)@NaYF4: 20%Yb3+/2%Er3+


同行评价

本文采用金纳米棒垂直阵列为衬底,SiO2为隔离层,并旋涂NaYF4:Yb3+/Er3+纳米晶于SiO2隔离层上,构建出了一系列GVA@SiO2@NaYF4:Yb3+/Er3+纳米复合结构;通过调控SiO2隔离层的厚度,实现了NaYF4:Yb3+/Er3+纳米晶的上转换发射增强;通过功率依赖关系、发光动力学过程并结合理论模拟对等离激元增强上转换发光的机理进行了深入研究。本文的研究方法和结果可信,有一定的创新性。


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《物理学报》2020年第18期全文链接

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