Bi2Se3拓扑绝缘体驱动的Yb：KGW激光器实现Q开关脉冲

"这篇研究论文报道了一项创新性实验，首次展示了使用拓扑绝缘体Bi2Se3作为可饱和吸收体来实现Q开关操作的Yb：KGW固态激光器。Bi2Se3被制备成薄膜并置于高反射镜上，其插入到Yb：KGW激光器中，成功地产生了Q开关脉冲。实验达到了439.4 mW的最高平均输出功率，对应的重复频率、脉冲宽度和脉冲能量分别为166.7 kHz、1.6μs和2.64μJ。这标志着在拓扑绝缘体吸收体的激光器中，输出功率达到了迄今为止的最高值。" 正文： 1. 引言 被动Q开关激光器在激光加工、远程感应、光谱学以及众多科研领域有着广泛应用。过去的Q开关技术通常依赖于半导体饱和吸收镜、碳纳米管或石墨烯等材料。然而，寻求性价比高且易于制造的高性能饱和吸收体始终是研究的热点。近年来，拓扑绝缘体（Topological Insulator, TI）因其独特的物理性质和化学性质受到了广泛的关注。特别是其在近红外区域展现出的波长不依赖的饱和吸收特性和大的调制深度，使其成为被动Q开关或模型锁定激光器的理想候选材料。 2. 拓扑绝缘体材料 常见的拓扑绝缘体材料包括Bi2Se3、Bi2Te3和Sb2Te3。2012年，赵等人将Bi2Se3应用于掺铒光纤激光器（Er-doped fiber laser, EDFL），实现了模型锁定脉冲，脉冲持续时间为1.57纳秒，这标志着拓扑绝缘体在激光领域的应用迈出了第一步。 3. Bi2Se3在Yb：KGW激光器中的应用 本研究中，Bi2Se3被用作Yb：KGW激光器的Q开关。这种新型设计的激光器展示了优异的性能，如高平均输出功率和短脉冲宽度。通过Bi2Se3薄膜对激光的饱和吸收，能够有效地控制激光腔内的损耗，从而实现脉冲的快速开关，产生高能脉冲。 4. 实验结果与讨论 实验结果显示，采用Bi2Se3的Q开关Yb：KGW激光器能够产生高达439.4 mW的平均输出功率，这是有记录以来使用拓扑绝缘体吸收体的激光器中最高的输出功率。166.7 kHz的重复频率表明激光器能够在短时间内快速发射脉冲，而1.6μs的脉冲宽度则意味着高的峰值功率。每个脉冲的能量为2.64μJ，这为多种应用提供了潜力，如精密加工、遥感和光谱分析等。 5. 结论 这项研究成功地证明了拓扑绝缘体Bi2Se3在固态激光器中的应用潜力，尤其是在被动Q开关操作中。这一发现不仅提升了激光器的性能，还为未来开发更高效、更经济的激光系统开辟了新途径。随着对拓扑绝缘体材料的深入理解和优化，可以预期在激光技术领域会有更多创新应用的出现。