Bi2Se3拓扑绝缘体：实现Q开关Yb：KGW激光器新突破

"首次使用拓扑绝缘体Bi2Se3作为可饱和吸收体，在Yb：KGW固态激光器中实现Q开关操作。实验结果显示，该激光器的最高平均输出功率达到439.4 mW，重复频率为166.7 kHz，脉冲宽度1.6μs，脉冲能量2.64μJ，创下了带有拓扑绝缘体吸收体的激光器的输出功率记录。" 拓扑绝缘体（Topological Insulators，TI）是一种具有特殊电子结构的材料，其表面具有导电性质，而内部则呈现绝缘特性。近年来，因其独特的物理和化学性质，TI在光学领域引起了广泛关注。尤其是其在近红外区域表现出的波长独立饱和吸收和大调制深度，使其成为潜在的被动Q开关或锁模激光器中的可饱和吸收体。 常见的TI材料包括Bi2Se3、Bi2Te3和Sb2Te3等。2012年，赵等人将Bi2Se3应用于掺铒光纤激光器（Er-doped fiber laser, EDFL），成功实现了锁模脉冲，脉冲持续时间为1.57皮秒。此后，TI在激光技术中的应用逐渐增多。 本研究中的Yb：KGW激光器利用了Bi2Se3薄膜作为可饱和吸收体，这种薄膜被沉积在高反射镜上。将含有Bi2Se3的Q开关插入激光谐振腔内，可以有效控制激光的增益介质的量子效率，从而实现脉冲激光的产生。Q开关的作用是通过改变激光腔内的损耗，使激光能量在腔内积累到一定程度再释放出来，形成短脉冲。 439.4 mW的平均输出功率和1.6微秒的脉冲宽度表明，Bi2Se3作为Q开关的性能优秀，能够产生高能量、短脉宽的激光脉冲。这样的脉冲特性对于激光加工、远程传感和光谱学等应用来说至关重要，因为它们需要快速、高能的脉冲来实现精确的光子作用。 此外，Bi2Se3的易于制备和成本效益也是其在激光技术中受到青睐的原因之一。与传统的半导体饱和吸收体镜、碳纳米管或石墨烯相比，Bi2Se3可能提供了一种更为经济且易于整合的解决方案。这种新型Q开关技术的开发，不仅推动了激光技术的进步，也为拓扑绝缘体在光电子学领域的应用开辟了新的途径。