近日，我室研究生张慧茹、吴端端副研究员和沈祥研究员等联合西湖大学仇旻团队，开发了两种直接在商用单模光纤跳线端面上制备超构光纤的加工方法。该超构光纤展现出了高性能的可饱和吸收特性，结合调节其超表面谐振波长，成功实现了其在不同波段光纤激光器中输出亚皮秒级孤子锁模脉冲。该研究成果以”‘Plug-and-play’ plasmonic metafibers for ultrafast fibre lasers”为题发表在Light: Advanced Manufacturing。文章链接：https://doi.org/10.37188/lam.2022.045

       超构光纤因其结构紧凑和低损耗耦合等优势在平面波束整形，超分辨成像以及超紧凑传感等领域具有重要应用价值。现有超构光纤主要把超表面结构集成至无连接器和无保护套管的裸纤上，这导致其制备过程中可重复性不理想且与普通光纤连接过程中易被污染，无法成为光纤光学中的常规器件。此外，虽然超构光纤因具有优异的等离子体谐振效应，其目前在非线性领域的应用却较少。

       本项研究工作分别利用电子束曝光（EBL）和聚焦离子束刻蚀（FIB）技术，以较高的稳定性和精确度将超表面结构集成至光纤跳线，成功获得了低损耗、无污染、抗外部机械扰动的即插即用超构光纤，如图1为超构光纤的制备过程示意图及其表征。

图1 超构光纤的制备及表征，a. 可用于超短脉冲激光器的即插即用超构光纤示意图，b1-b5. 利用EBL技术制备超构光纤的过程示意图及其超构表面电镜图（比例尺寸为400 nm），c1-c4. 利用FIB技术制备超构光纤示意图及采用不同基元结构制备的超构光纤电镜图（比例尺分别为1 μm、400 nm和2 μm）

       制备的超构光纤具有高性能的非线性效应，理论研究表明，其可饱和吸收特性可能源自克尔效应引起的等离激元谐振偏移。图2表征了谐振中心波长为2 μm波段的超构光纤光学非线性特性，并将其用于2 μm光纤激光器中产生超短脉冲。结果表明，该超构光纤在谐振波长处具有优异的可饱和吸收特性，将其用于对应工作波长激光器中可获得高性能的亚皮秒孤子锁模脉冲。进一步将超构光纤谐振波长调谐至1.5 μm波段，可同样获得高性能的1.5 μm飞秒孤子锁模脉冲。

图2. 超构光纤在超短脉冲光纤激光器中的应用。a. 不同杆长金纳米超构光纤的计算透射谱，b. 金纳米超构光纤的电镜图，c. 1950 nm fs激光激励下的金纳米超构光纤非线性功率和偏振传输图，d. 1550 nm fs激光激励下的金纳米超构光纤非线性功率和偏振传输图，超构光纤用于2 μm波段超短脉冲光纤激光器的e. 输出光谱和f. 输出超短脉冲及自相关序列。