二维三元过渡金属二卤化物（TMDC）由于其特殊的化学/物理特性以及在纳米器件应用中的巨大潜力，已被纳米技术和材料科学领域的研究人员广泛研究。与以往基于二维材料可饱和吸收体的研究成果相比，本文提出的NbxRe(1−x) s2基锁模光纤激光器具有更高的综合性能。

随着超高速激光的发明，非线性光学已成为近几十年来发展最快的科学领域之一。其中，光纤中光溶胶的形成和动力学引起了人们的广泛关注和研究。被动锁模光纤激光器被认为是产生光孤子的有前景的平台，也是研究其非线性动力学的有力工具。到目前为止，各种各样的孤子，如常规孤子、相似孤子、耗散孤子、束缚态孤子、暗孤子等已经在光纤激光器中形成和研究，依赖于光纤腔设计和参数选择。特别是，耗散性粒子更具吸引力，因为它们具有更大的脉冲能量，通常在净色散光纤激光腔中产生。事实上，由于轻微的双折射，两个正交偏振模在单模光纤中传播。以往的工作表明，光纤激光器中两个偏振模之间的非线性耦合可能导致矢量孤子的形成。更重要的是，被动锁模光纤激光器中的矢量孤子很有吸引力，因为它们为孤子动力学研究提供了一个试验台。

孤子变形的光谱、场自相关痕迹和能量演化。

相比之下，目前的商用SA，即半导体可饱和吸收镜（SESAM），显示出一些固有的缺点，如操作带宽窄、制造过程复杂和光纤兼容性差，这大大限制了进一步的应用。自石墨烯基光纤激光器首次问世以来，石墨烯因其超宽的波长吸收范围和快速的饱和恢复时间吸引了研究人员的注意。但在特定波长区域产生光学带隙的难度限制了它的进一步应用。拓扑内隔离器显示出弱光调制能力的缺点。由于热损伤阈值相对较低的弱点，金属-有机框架或MXene在光子应用中受到限制。开展新型SAs的开发，提高其性能至关重要。

近年来，由两种过渡金属元素和一种硫族元素组成的新型二维材料三元TMDC已成为研究的热点。事实证明，三元TMDC可以控制局部电子结构，并可以通过添加第三种元素来调整其特定特性。与由两种元素组成的TMDC相比，三元TMDC通过改变元素的比例提供了更多的自由度来调整能带隙，从而赋予它们可调谐的物理/化学特性，具有潜在的诱人应用。此外，由于混合自由能较低，预测这些三元TMDC具有良好的稳定性。此外，二维三元TMDC由于其丰富的结构和物理性质，在光学、生物传感器、电子集成电路和催化等领域有着广泛的应用。到目前为止，已有一些报告称，使用2D三元TMDC作为SAs光纤激光器来产生超短脉冲。然而，关于基于2D三元TMDC的耗散孤子形成的研究还不够充分，也没有关于耗散孤子矢量特征的研究报告。研究以三元TMDC为SAs的超快光纤激光器中耗散粒子的矢量特性，对于进一步加强材料科学和超快光子学的研究具有重要价值。

在本文中，我们展示了三元TMDC NbxRe(1−x) s2基器件，具有非线性光学吸收，用于产生耗散孤子。NbxRe(1−x) s2以异丙醇为溶剂，采用液相剥离法制备了纳米片。随后，NbxRe(1−x) s2纳米片覆盖在微纤维上，形成SA装置。实验研究了耗散孤子的矢量特性，证明了这些孤子是偏振锁定的矢量孤子。此外，获得的脉冲被压缩到149.6 fs。据我们所知，这是第一次证明基于TMDCs的三值锁模光纤激光器中矢量耗散孤子的形成。与先前报道的基于2D材料的光纤激光器相比，该激光器的总体性能有所提高。这些实验结果不仅证明了NbxRe(1−x) s2纳米片，但也表明三元TMDC可能促进超快光子学的进一步发展和创新。

2、实验

2.1. NbxRe(1−x) s2纳米片的制备

采用化学气相输运技术合成了NbxRe(1−x) s2晶体。如图1a所示，从扫描电子显微镜(SEM)可以观察到固有的二维层状结构。图1b显示了能量色散x射线能谱(EDX)光谱。如图1c所示，主要振动模态位于500 cm−1以下，在190、351和401 cm - 1处观察到三个拉曼活性模态。

图1 a) NbxRe(1−x)S2晶体的SEM图像;b) NbxRe(1−x)S2晶体的EDX谱;c) NbxRe(1−x)S2晶体的拉曼光谱;d)元素Re 4f的XPS;e) Nb 3d元素XPS;f)元素s2p的XPS;g) NbxRe(1−x)S2纳米片的SEM图像;h) AFM图像;i)高度轮廓。

2.2. NbxRe(1−x) s2基SA的非线性光学性质

基于间接倏逝场耦合方法，得到了NbxRe(1−x) s2基的SA。将一段SMF-28e纤维制成微型纤维，腰围直径为12 m。然后，这种超细纤维被固定在玻片上。通过在锥区表面沉积NbxRe(1−x) s2纳米片，当光通过超细纤维时，制备了NbxRe(1−x) s2 SA。图2a、b为20、50 m尺度的NbxRe(1−x)s2纳米片修饰超细纤维的光学显微镜图像。通过这种方式，材料与光的相互作用得到了增强，NbxRe(1−x) s2纳米片的调制能力得到了充分的增强。为了研究制备的超细纤维NbxRe(1−x) s2 SA的非线性光学性质，建立了平衡式双探测器测量系统。采用脉冲宽度为150 fs、中心波长为1552 nm、重复频率为29.47 MHz的锁模EDF激光器作为光源。该锁模光纤激光器的输出功率通过衰减器进行调节。实验数据如图2c所示。

图2 a) NbxRe(1−x)S2 SA微纤维在20 μm尺度下的光学图像;b) NbxRe(1−x)S2 SA在50 μm尺度下的光学图像;c)超细纤维NbxRe(1−x)S的非线性光学透过率曲线

2.3.  全光纤激光实验装置

图3显示了含有超快光纤nbxre(1−x)S2 SA的光纤激光器的实验结构。在该环形腔中，采用一片50 cm EDF（Er 110–4/125）作为增益介质，由976 nm激光二极管（LD）通过波分复用器（WDM）泵浦。激光性能由以下仪器测量：数字示波器（Rohde&Schwarz RTO2014）、光电探测器（Thorlabs DET08CFC）、自相关器（Femto FR-103XL）、光谱分析仪（横河AQ6370D）、数字功率计（JDSU OLP-85）和射频（RF）频谱分析仪（Rohde&Schwarz FSW13）。

图3 EDF激光器的实验结构示意图。

3、结果与讨论

当泵功率达到620MW时，通过仔细调整PC1获得锁模操作。图4a显示了锁模脉冲频谱，它揭示了具有陡峭谱边的矩形形状的特征，表明锁模脉冲在该净正色散光纤腔中形成了不同的孤子。为了测试这种耗散孤子锁模状态的长期稳定性，在8h内每1h记录一次光谱。特别是，光谱形状、光谱强度和光谱带宽在此期间保持不变，表明长期稳定性良好。图4b显示了400 ns范围内相应的脉冲序列，其强度为单一形式，相邻脉冲的时间间隔测量为28.089 ns。如图4c所示，基本重复频率为35.6 MHz，对应于该腔中的往返时间。信噪比（SNR）高达77 dB。360 MHz范围内的谐波频率如图4d所示，进一步证明了锁模操作的出色稳定性。图4e显示了直接从输出接口获取的测量自相关轨迹。通过高斯拟合，脉冲宽度计算为1.03 ps。图4f显示了输出功率和泵功率之间的关系曲线。可以推测，所提出的SA在实验过程中没有受到损坏。

图4实验结果:a)光谱;b)脉冲田;c)射频频谱;D)谐波频谱;e)自相关跟踪;f)输出功率。

将PC2放置在PBS和激光输出支路中间，以调整光纤尾纤引起的线性偏振旋转。在PBS之后，解析了两个正交极化脉冲。孤子的偏振分辨光谱如图5a所示。两个偏振分量的孤子光谱在光谱和边带上显示出一些差异。当其中一个组分出现频谱峰值时，另一个组分出现频谱下降。这些峰-倾角对是这些矢量孤子的两个偏振方向之间相干能量切换的结果。图5b显示了两条偏振分辨示波器记录道。两个正交偏振分量的脉冲强度在没有调制的情况下保持一致，表明孤子是偏振锁定的矢量不同孤子。矢量孤子形成的一个关键条件是，光纤腔中必须没有偏振相关元件，这进一步证明了制备的微光纤NbxRe(1−x) s2 SA对偏振不敏感。

图5偏振锁定矢量孤子的输出特性：a）光谱；和b）脉冲田。

此外，还进行了脉冲压缩实验。使用HI1060光纤对直接由光纤振荡器产生的脉冲进行压缩。HI1060光纤的长度选择为342 cm。在图6a中，红线表示342 cm HI1060光纤传输后脉冲的光谱。测量的自相关轨迹如图6b所示。腔外压缩后，脉冲宽度为149.6 fs。根据自相关轨迹，发现基座宽度为≈4 ps。因此，我们估计大部分能量存在于机翼中。由于三阶色散没有补偿，去啁啾脉冲的持续时间比变换后的有限脉冲持续时间（38.2 fs）要宽。

图6压缩后的激光性能：a）光谱；和b）自相关跟踪。

众所周知，耗散孤子脉冲的啁啾较大，脉冲持续时间为几十皮秒。在这项工作中，149.6 fs是在使用一段单模纤维进行压缩后获得的。本文还比较了二维SAs的矢量孤子性能。

4、结论

综上所述，采用液相剥落法制备了多层NbxRe(1−x) s2纳米片。SEM和原子力显微镜(AFM)测试表明，所制备的纳米片质量优良。将NbxRe(1−x) s2纳米片装饰在超细纤维上，制备了超细纤维NbxRe(1−x) s2 SA器件。调制深度为18.28%，验证了良好的非线性光学吸收。基于NbxRe(1−x) s2的饱和吸收，产生了稳定的耗散孤子脉冲，脉冲持续时间为1.03 ps，最大输出功率高达116.9 mW，实验研究了这些耗散孤子的矢量特性。此外，得到的孤子脉冲被压缩到149.6 fs。这些实验结果证实了NbxRe(1−x) s2基SA在非线性光子学中具有广阔的应用前景。

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