[01325187]金纳米棒/二氧化硅核壳结构复合纳米材料在超快锁模光纤激光器中的应用研究

本项目来源于“广州市科技计划项目---科学研究专项计划（专题）”，主要研究基于新型金纳米棒/二氧化硅核壳结构（GNRs@SiO2）纳米材料可饱和吸收光子器件的超快光纤激光器。

超快光纤激光器在生物医学、原子物理、天文学等众多领域有重要应用价值。可饱和吸收体研制是实现超快光纤激光器的关键技术。随着纳米科技的发展，研究人员发现一些纳米材料也能够制作出成本低廉、性能较高的可饱和吸收体。

其中，金纳米棒由于具有独特的性质以及在生物传感、医学诊疗、光信息存储等领域的应用前景，受到了来自材料化学、生物医学以及信息技术等研究领域的广泛关注。研究人员发现金纳米棒具有可饱和吸收效应。然而，金纳米棒由于光热效应而导致的低损伤阈值问题严重限制了其在超快光纤激光技术领域的应用。

基于此，本项目通过在金纳米棒的表面包覆一层二氧化硅介质，使之成为金纳米棒/二氧化硅核壳结构（GNRs@SiO2）的复合材料。

这种复合材料可以极大地提高金纳米棒的光热稳定性，不仅有助于其在高功率下的应用，获得更短的激光脉冲，而且有助于激发出各种非线性效应，拓宽和丰富金纳米棒在非线性光学领域的应用研究。

使得金纳米棒不仅仅限于获得短脉冲，还可以用于观察孤子非线性现象，如高重频脉冲、孤子雨、孤子分子等。因此，本项目的开展可以促进金纳米棒在激光技术领域的应用趋向实用化和多元化。

同时，我们采用其它锁模技术做对比研究时，也发现了一些新的现象，进一步加深了对锁模脉冲动力学过程的理解，为设计和实现高性能锁模光纤激光器奠定了坚实的基础。

项目取得的主要成果如下：

（1）本项目通过改进的三步晶种法，合成出合适长径比的金纳米棒和GNRs@SiO2材料。

（2）研制高性能GNRs@SiO2可饱和吸收光子器件，获得了脉宽在379 fs-426 fs之间的超短锁模脉冲、波长可切换飞秒脉冲以及重复频率高达0.937GHz的谐波锁模脉冲并初步封装成样机，证实了GNRs@SiO2可饱和吸收光子器件不仅具有可饱和吸收特性，也具有高非线性特性。

（3）研究了GNRs@SiO2可饱和吸收体锁模的近零色散光纤激光器中孤子非线性动力学特性，观察到了多孤子束缚态脉冲并揭示了其动力学特性。

（4）采用金纳米棒可饱和吸收器件，构建了哑铃形状结构的掺铒光纤激光器，实现了飞秒孤子脉冲和多波长Q开关脉冲可切换输出。