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石墨烯旗艦研究人員開發出一種光纖激光器，其發射的脈沖持續時間僅相當于所用光的幾個波長。這種基于石墨烯的有史以來最快的器件將非常適用于超快光譜學和外科激光器，可避免對活組織造成熱損傷。先進的光子學應用，如高速光譜學，需要超短脈沖，以捕獲所研究材料中的瞬態物理現象。實際上，這意味著飛秒（10-15s）范圍內的激光脈沖。這種應用的一個例子是光化學弛豫過程的泵浦 - 探針光譜。

劍橋石墨烯中心的光子學團隊負責人，以及基于石墨烯的激光研究項目的負責人丹尼爾波帕說：“當設計光線以超短脈沖傳播時，重要的是要了解它的波動特性。”“對于光線如同在拉伸的繩索上的機械波一樣傳播，最短的脈沖由單波振蕩定義。

時間分辨率受所用激光脈沖長度的限制。脈沖越短，光譜分辨率越高，由所采用的特定光頻率的周期長度限定的最高可能分辨率。在可見光和近紅外區域中，大多數超快激光器工作，最終脈沖持續時間在2到5飛秒之間。較短的脈沖需要較短的波長。

除了理論上的限制之外，可以使用稱為被動鎖模的技術從激光腔產生短至兩個周期的脈沖。鈦藍寶石激光器在世界各地的光子學實驗室中很常見，可以在800納米的波長下產生5飛秒長度的脈沖，相當于不到兩個周期。但是，這些脈沖不可調。通過利用光學參量放大器中的非線性效應可以實現可調節的幾周期脈沖，但是實際的布置往往是復雜且昂貴的。

光纖激光器是超短脈沖發生的有吸引力的平臺，因為它們具有簡單，緊湊和經濟的設計，高效的散熱和無需校準的操作，不需要龐大的光學設置。對于基于光纖的振蕩器，可以通過被動鎖模生成超短脈沖，這需要一個稱為可飽和吸收器的非線性元件。石墨烯具有制造這種可飽和吸收體的理想物理性質。

之前已經展示過基于石墨烯的鎖模激光器，但是這種新穎的二維材料在緊湊的全光纖設置中的應用標志著Popa及其同事的工作。最近在“應用物理快報”雜志上發表的一篇論文概述了他們的進步，其中第一作者是博士生David Purdie。

對于光纖激光器，通常通過孤子模式鎖定產生飛秒脈沖。孤子是一種自增強孤立波，當它沿著諸如光纖的波導以恒定速度行進時，其保持其形狀而沒有失真。孤子是在波導介質中相互抵消的色散和非線性效應的結果，從而允許穩定的脈沖包絡傳播。

全光纖格式在成本，緊湊性和堅固性方面是優選的，并且這里的策略是使用基于正和負色散光纖的交替段的腔，其導致脈沖的周期性變寬和壓縮，關鍵是當其持續時間最小時從這樣的腔中提取脈沖，并且峰值功率因此最大。由于提取脈沖的高峰值功率，可以通過外部光纖長度內的非線性光學效應產生新的頻率分量，并且這些在進一步減小脈沖長度時是關鍵的。這是基于頻率和時域之間的波數學關系，稱為傅里葉變換。為了實現物理形式的這種轉換，研究人員設計了一條色散延遲線，將新創建的頻率成分折疊成單脈沖。

石墨烯旗艦研究人員的設置僅基于標準電信設備，具有基于石墨烯和聚乙烯醇（PVA）復合材料的可飽和吸收劑，通過低成本溶液處理制造，石墨烯片通過超聲波攪拌從塊狀石墨中剝離。解決方案。蒸發留下50微米厚的石墨烯-PVA復合材料，然后將其夾在光纖連接器之間，通過這種設置，Purdie和他的同事能夠產生29個飛秒脈沖，這相當于在1.5微米波長下少于6個周期。

補償高階非線性和色散效應應該導致更短的脈沖長度，并且使用更高功率的二極管或雙泵浦配置可以產生更高的帶寬脈沖以及增加的輸出功率。最后，光子晶體光纖的添加原則上可以允許在其他波長處產生類似的短激光脈沖，這個項目真正值得注意的是，石墨烯與現成光纖的結合非常緊湊，”Popa說。“通過這種方式，我們可以產生僅持續幾個周期的光脈沖，或十億分之一秒的十億分之一。
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