Растворение

Научные отчеты, том 5, Номер статьи: 13689 (2015) Цитировать эту статью

2142 Доступа

23 цитаты

Подробности о метриках

Несколько слоев графена, синтезированного методом растворения и восстановления CVD на месте на ультратонкой пленке никелевого катализатора, продемонстрировано при температуре всего 550 ° C, что может быть использовано для формирования насыщающегося поглотителя пропускающего или отражательного типа (SA ) для синхронизации мод волоконных лазеров, легированных эрбием (EDFL). С графеновым SA передающего типа EDFL сокращает длительность импульса с 483 до 441 фс и расширяет спектральную ширину линии с 4,2 до 6,1 нм при увеличении тока накачки с 200 до 900 мА. Напротив, SA отражательного типа сжимает ширину импульса только с 875 до 796 фс с соответствующей шириной спектральной линии, расширенной с 2,2 до 3,3 нм. Блокировка мод графена отражательного типа увеличивает вдвое эквивалентное количество слоев, что приводит к большим вносимым потерям, чем блокировка передающего типа. Тем не менее, система насыщающегося поглотителя на основе отражательного типа может генерировать стабилизированный солитоноподобный импульс легче, чем система пропускающего типа, поскольку глубина самоамплитудной модуляции, индуцированной нелинейностью, одновременно увеличивается при двукратном прохождении через графен в конструкции ретроотражателя. .

Волоконный лазер с короткими импульсами является ключом к исследованию сверхбыстрых явлений или развитию навыков во многих областях, включая биомедицину1, оптическую связь2, лазерную хирургию3, реакции с материалами4. Волоконный лазер с пассивной синхронизацией мод, компактной архитектурой и высококачественным импульсом стал в настоящее время самой популярной системой среди кандидатов1. Чтобы запустить синхронизацию мод волоконных лазеров, в качестве поглотителей насыщения были применены универсальные углеродные наноматериалы5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17, 18,19,20. Углеродные нанотрубки были продемонстрированы как первый нано-блокировщик мод для генерации высококачественных импульсов5,6,7. Однако высокая поверхностная энергия и соотношение сторон углеродных нанотрубок приводят к тому, что углеродные нанотрубки легко агрегируются и переплетаются, уменьшая их площадь поверхности и ухудшая однородность их распределения. Хотя соотношение сторон углеродной нанотрубки можно еще больше уменьшить с помощью химического травления7, такая сильная кислотная среда с концентрированными H2SO4 и HNO3 может привести к образованию многочисленных поверхностных дефектов или разрушению углеродной нанотрубки.

Графен — это двумерный углеродный материал, который можно напрямую переносить на любую поверхность. Таким образом, графен смог преодолеть проблему неравномерного распределения и самоагрегации, возникшую в углеродных нанотрубках. Кроме того, графен демонстрирует более низкую пороговую интенсивность насыщенного поглощения, чем у углеродных нанотрубок, чтобы взять на себя другие насыщающиеся поглотители для EDFL с пассивной синхронизацией мод8,9,10. Хотя графен имеет множество достоинств, экологические требования к его синтезу относительно строгие. Если взять в качестве примера метод CVD, то необходимы высокая температура (около 1000 °C) и водородная среда (одна из исследовательских групп даже считает, что графен вряд ли можно синтезировать без «водорода» методом химического осаждения из паровой фазы)21. В частности, в изобилии присутствует среда с редким содержанием кислорода, поскольку графен вступает в реакцию с кислородом и образует углекислый газ.

Чтобы избавиться от сложного процесса синтеза и переноса, появился метод безводородного и низкотемпературного химического осаждения графена из паровой фазы (PECVD)22. В данной работе такой низкотемпературный и безводородный графен, синтезированный PECVD, впервые используется в качестве синхронизатора мод в волоконном лазере, легированном эрбием. Кроме того, обсуждаются и сравниваются характеристики поглотителя насыщенного графена в типах пропускания или отражения для систем EDFL с пассивной синхронизацией мод.

Чтобы измерить толщину и рассчитать количество слоев многослойного графена, ультратонкую пленку никелевого катализатора травили FeCl3, а затем поднятый графен переносили на гладкую пластину Si. Изображение сверху, полученное методом атомно-силовой микроскопии (АСМ), и профиль поперечного сечения многослойного графена на пластине Si, показанные на рис. 1a,b, показывают разницу в высоте 2,5 нм между подложкой Si и перенесенным графеном. Учитывая, что высота монослоя графена составляет около 0,33 нм23, число слоев многослойного графена, синтезированного методом растворения и восстановления in-situ после безводородного и низкотемпературного PECVD роста, оценивается примерно как 6 ~ 7 слоев. Чтобы охарактеризовать особенность насыщающегося поглощения многослойного графена, нелинейный коэффициент пропускания, полученный при накачке волоконным лазером высокой пиковой мощности (центральная длина волны 1570 нм), показан на рис. 1в. При увеличении средней мощности накачки от 0,008 до 3,23 мВт коэффициент пропускания многослойного графена нелинейно возрастает с 87,5% до 91% при ΔT 3,5%. Насыщение поглощения происходит при мощности накачки более 3,23 мВт из-за эффекта блокировки Паули, при котором фотоны могут проходить через оптически обесцвеченный графен. Соответствующая глубина модуляции малослойного графена составляет около 28%, что уже сравнимо с глубиной модуляции около 30%, полученной для семислойного графена, синтезированного в высокотемпературной и богатой водородом среде8. Такая конкурентоспособность подтвердила надежность многослойного графена, синтезированного методом растворения и восстановления, выращенного в условиях безводородного и низкотемпературного PECVD.