近日，山东大学何京良、张百涛教授团队与东南大学倪振华教授团队合作，运用缺陷工程提升二维可饱和吸收体器件性能，实现了基于二维Bi₂O₂Se可饱和吸收体的高性能的固体锁模脉冲激光输出。研究成果以“High output mode-locked laser empowered by defect regulation in 2D Bi₂O₂Se saturable absorber”为题，发表在国际期刊Nature Communications,13:3855 2022（IF=17.69）上。山东大学晶体材料国家重点实验室博士研究生刘俊亭和东南大学物理系博士生杨方为论文共同第一作者，张百涛教授和东南大学倪振华、吕俊鹏教授为共同通讯作者，山东大学为第一通讯单位。

高输出功率的飞秒激光在精密加工、生物医学、和科学研究等领域展具有重要的应用价值。可饱和吸收体是实现超短脉冲的关键光学元件，直接决定锁模激光器性能。2009年以来，以石墨烯为代表的二维材料因具有十分优异的电子以及光学性能成为新一代高性能的可饱和吸收体材料和器件研究的热点。二维材料中包含种类丰富的缺陷，通过表面和缺陷工程可以有效调控二维材料的能带结构，进而对其电学、光学、磁学、机械等性能产生重要影响。

Bi₂O₂Se是一种新型的二维光电材料，具有大的非线性吸收系数以及良好的空气稳定性。研究团队通过利用氩等离子体辐照不同时间来精准调控二维Bi₂O₂Se中O空位以及Se空位缺陷态密度，可有效提高二维Bi₂O₂Se中光载流子的捕获速率和缺陷辅助的俄歇复合速率，进而实现对其可饱和吸收参量的调控。将二维Bi₂O₂Se作为可饱和吸收体应用到全固态锁模激光器中，实现了飞秒锁模激光输出，通过缺陷工程对二维Bi₂O₂Se可饱和吸收体进行调控后，锁模激光性能得到了明显提高（功率更高、脉宽更短），实现了665mW、266fs的超短脉冲激光输出。该项工作为二维材料超快载流子动力学过程以及非线性吸收特性调控提供了新途径，并为二维材料超快光学器件的设计和开发奠定了基础。

何京良、张百涛教授团队在新型低微材料非线性光学特性及固体锁模超快激光研究方面取得了系列研究进展，研究成果相继发表在Opt. Lett., Opt. Express, Appl. Phys. Lett., Photon. Res, Adv. Opt. Mater., ACS Nano, Laser & Photon. Rev., Nat. Commum.等国际著名期刊。上述研究工作得到了国家自然科学基金、山东大学齐鲁青年学者、山东大学青年交叉研究团队、晶体材料国家重点实验室的大力支持。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-31606-8。