LAU KUEN YAO副教授

Lau Kuen Yao（中文名：刘坤耀)，硕士生导师，www.优德88.cpm 光电科学与工程学院青年特聘教授（副教授）。

2014-2018年，2018年博士毕业于马来西亚博特拉大学，获光学工程博士学位，在校期间获英国皇家学会牛顿高级奖学金，博士期间赴英国阿斯顿大学访学两次（2016年与2017年）。

2018-2019年，任马来西亚国能大学博士后研究员。

2019-2020年，任芬兰阿尔托大学博士后研究员，参与TUTLI project Business Finland芬兰国家项目，任项目工程师。

2021-2024年，任浙江大学博士后研究员，2021年获博士后国际交流计划引进项目。

【 近五年学术论文成果 】

（1篇）Advanced Materials

Adv. Mat., accepted for publication. Early view at doi.org/10.1002/adma.202404493

（2篇）Light-Science & Applications

Light Sci. Appl., vol. 13, p. 130, 2024.

Light Sci. Appl., vol. 12, p. 168, 2023.

（2篇）Laser & Photonics Reviews

Laser Photonics Rev., vol. 17, no. 9, p. 2200763, 2023.

Laser Photonics Rev., vol. 16, no. 9, p. 2100709, 2022.

（2篇）Small

Small, vol. 20, no. 16, p. 2306226, 2024.

Small, vol. 20, no. 24, p. 2309595, 2024.

（2篇）Journal of Lightwave Technology

J. Light. Technol., vol. 42, no. 6, pp. 2103-2110, 2024.

J. Light. Technol., vol. 41, no. 19, pp. 6383-6388, 2023.

（1篇）Advanced Optical Materials

Adv. Opt. Mater., vol. 11, no. 9, p. 2202900, 2023.

（1篇）Chemistry of Materials

Chem. Mater., vol. 36, no. 3, pp. 1113-1122, 2024.

（2篇）Nanophotonics

Nanophotonics, vol. 12, no. 15, pp. 3069-3076, 2023.

Nanophotonics, vol. 11, no. 18, pp. 4209-4219, 2022.

（1篇）Nanoscale

Nanoscale, vol. 13, pp. 9873-9880, 2021.

（3篇）Optics & Laser Technology

Opt. Laser Technol., vol. 177, p. 111128, 2024.

Opt. Laser Technol., vol. 137, p. 106826, 2021.

Opt. Laser Technol., vol. 124, p. 105937, 2020.

与其他国际SCI期刊论文，发表SCI论文60余篇（其中中科院一/二区论文，以一作/通讯作者发表18篇论文）。

获2022年“威立中国开放科学高贡献作者”奖。

【 学术兼职 】

现任 MDPI Photonics-Basel 客座编辑。

现任 Journal of Optics & Photonics Research 常驻审稿人。

多次受邀审稿中科院一/二区光学期刊如 Photonics Research、Journal of Lightwave Technology、High Power Laser Science & Engineering、Optics Letters、Optics Express 等论文。

【 工作语言（精通）】

英语、汉语。

【 研究生 】

2025年硕士：朱雨浩（学科：080300 光学工程）

【 工作业绩（依托www.优德88.cpm ）】

2024.07 （文章）Laser Photon. Rev., doi.org/10.1002/lpor.202400303, 2024.【接收出版】

2024.07 （学生工作成绩）于浙江大学指导的大二本科生，蔺瑾雯获本科生自然科学培育项目.

2024.06 （文章）Light Sci. Appl.,vol. 13, p. 130, 2024. 【正式出版】

2024.06 （专利）一种3×3耦合器优化自启动的O波段八字腔锁模激光器.【申请受理】

2024.05 （文章）Adv. Mater.,doi.org/10.1002/adma.202404493, 2024. 【接收出版】

2024.05 （文章）Opt. Laser. Technol., vol. 177, p. 111128, 2024. 【正式出版】

2024.03 （文章）J. Light. Technol., vol. 42, no. 6, pp. 2103-2110, 2024. 【正式出版】

2024.02 （文章）J. Lumin., vol. 269, p. 120485, 2024. 【正式出版】

2024.01 （文章）Chem. Mater., vol. 36, no. 3, pp. 1113-1122, 2024. 【正式出版】

2023.12 （文章）Small, vol. 20, no. 16, p. 2306226, 2023. 【正式出版】

（1）光纤激光器

激光的发展史可追溯回上世纪60年代。第一台激光器发表于1960年5月，其形式为红宝石激光器。在几个月后，《物理评论快报》的一份报告提出了一种使用氦和氖的混合物作为活性介质产生连续激光光束，而《物理评论》的一篇论文则报导了一种基于二氧化碳的激光。经过六十多年的发展，激光器的生产工业从小到大，功率从弱到强，从二氧化碳激光到光纤激光，从连续激光光束到脉冲激光光束，脉冲激光的脉宽从皮秒到飞秒，激光的快速发展使其成为一种非常重要的工业产品。在众多激光器种类中，光纤激光器因其易构性、高效率和多功能性使其成为科学和商业上的主导技术。光纤作为圆柱形波导介质，其纤芯直径小，容易在光纤中形成高功率密度，因此光纤激光器具有低激光阈值低、高转换效率与高光束质量高等特点。此外，光纤激光器的光纤输出与现有通信光纤匹配，可形成传输光纤与有源光纤的融合，是实现全光通信的基础。

图1：激光器种类。

（2）飞秒超快锁模脉冲光纤激光器

超快脉冲光纤激光器在光频计量、非线性光学、微加工、医学和电信等领域得到了广泛的应用。光纤激光器的重要性源于其紧凑的尺寸、强大的光束质量和轻巧的设计结构。目前，国内外对通信系统超快脉冲激光器的需求与日俱增，超快激光器的宽带优势能有效与快速地传达信息，在通信系统拥有举足轻重的地位与广泛的应用前景。超快激光器可通过锁模方式实现，其中主动锁模是一种通过周期性调制外部信号实现腔内纵向模态锁相的技术，具有对称脉冲形状、可调中心波长和高阶锁模能力等优点。然而，受调制脉冲宽度的限制，输出脉冲宽度通常被限制在皮秒级。此外，调制器件在腔内带来额外的损耗，且对实现全光纤配置带来更高难度的挑战。除了使用主动锁模以产生拆超快脉冲的方式外，被动锁模利用激光的非线性效应以降低超快脉冲锁定的复杂性，该方法使用可饱和吸收体的非线性吸收特性以产生超快脉冲，较常见的可饱和吸收体如半导体可饱和吸收镜、碳纳米管和石墨烯材料。

图2：环形激光腔实现被动锁模激光。

除了可饱和吸收体材料，人工饱和吸收体在产生超快脉冲激光的过程中具有超快恢复时间与高环境稳定性等优点，此类可饱和吸收体包括非线性偏振旋转、非线性光学环形反射镜和非线性放大环形反射镜。非线性偏振旋转依赖于输入脉冲强度的非线性光学效应来操纵偏振状态，并通过偏振控制器产生超快脉冲激光。然而，非线性偏振旋转的缺点是对环境扰动敏感，这将导致极化态的波动和不稳定的锁模状态。相较于非线性偏振旋转，八字型激光腔中的非线性光学环形反射镜或非线性放大环镜旨在提供更稳定的性能。反向传播光束的相移经历不对称变化，最终产生相干干涉和稳定的超快脉冲。

图3：八字型激光腔实现被动锁模激光。

（3）铋掺杂光通信O波段（~1310 nm）飞秒超快锁模脉冲光纤激光器

光通信领域作为新一代的信息技术，因其具有巨大的带宽（上百太赫兹频率的电磁波可携带比频率较低的常规电磁波更多的信息）、易导向性（柔性与低损耗波导的发明使光脉冲可以像电信号一样路由）与易生成性（低成本制造用于传输的最佳波长激光光源）等优势而备受青睐。光纤作为传导光的工具，在光纤通信的领域中将激光器产生的光脉冲传送至数百或数千里之外。每根光纤可以传递大量的信息，不同波长的光可以互不影响地传输，而且每种波长的光可以传输多达数Gbps的数据。以康宁SMF-28单模玻璃光纤而论，有两个通信波长是备受瞩目的，即~1550 nm的低损耗（约0.2 dB/km）于远地的光信号传输与~1310 nm的低色散（近零）以较低的光源制造成本于近地的光信号传输。在制备光纤激光器中，增益光纤在泵浦的情况下产生粒子数反转、自发辐射与受激辐射，其中受激辐射可用于产生激光。迄今为止，www.优德88.cpm 尚未表明任何镧系稀土离子掺杂光纤能有效地作为激光腔里的增益光纤并应用于制备~1310 nm的光纤激光器，至今仍成为光纤激光领域面对的重大问题与瓶颈。拟解决这个重大难题，我们提出一种理论创新，即铋掺杂磷硅酸盐玻璃光纤的铋成分在成功转换为活性中心后于~1310 nm能有效产生发光、粒子数反转与受激辐射，而适用于制作光纤激光器。通过成功制备连续信号激光，本课题亦将通过采用非线性光学模式产生铋掺杂超快飞秒脉冲激光器。铋掺杂超快飞秒脉冲激光器可作为相干光通信、光存储、光加密等应用的光源。其中，相干光通信系统拥有增长传输距离与降低光纤色散对系统的影响等优点，提高了用于光信号传输的~1310 nm激光器的应用前景。

实验采用化学气相沉积（MCVD）工艺，在旋转管内对化学试剂进行高温氧化，并使用燃烧器加热旋转管以制备铋掺杂光纤预制棒。实验中使用F-300 Heraeus熔融21×2 mm的二氧化硅管作为基底管形成外包层，并使用SiCl₄、POCl₃、CCl₄、C₂F₃Cl₃与O₂试剂作为起始前体合成玻璃。MCVD过程包括三个阶段:（一）玻璃烟尘沉积、（二）固结与（三）坍塌。在第一阶段，当燃烧器逆着气体流动方向移动时，由于起始试剂的高温氧化，P₂O₅-SiO₂玻璃烟尘沉积在基片管的内表面。在第二阶段，工艺采用正向沉积法将BiBr₃分解并将产物Bi引入玻璃烟尘中，进而固化玻璃层，其反应区温度设定为1850摄氏度。实验将以类似的方式烧结约五至六层铋掺杂玻璃。在第三阶段，被玻璃层覆盖的硅管通过燃烧器加热到约2100摄氏度而折叠成玻璃光纤预制棒。图4(a)展示通过预成型体分析仪（Photon Kinetics PK2600）测量光纤预制棒的折射率分布(Δn)。光纤预制棒的Δn在中央部分明显减少，这是由于在坍塌过程中磷的蒸发造成的。以下公式可用以推导光纤预制棒的P₂O₅浓度（C约为6 mol.%）：

Δn ≈ (0.88 ×10^-3) ×C(mol.%)

光纤预制棒将通过使用光纤拉丝塔拉制成单模铋掺杂光纤，实验以每分钟10米的拉制速度制备外径为125微米的单模铋掺杂光纤。拉制的铋掺杂光纤有一层硅树脂涂层，其折射率应低于硅玻璃涂层。实验使用卤素灯（Micropack DH-2000）和安捷伦光学频谱分析仪（Agilent 86140B）测量铋掺杂光纤的吸收光谱。如图4（b）主Y轴所示，实验结果得到1250 nm的宽带高吸收，吸收峰值为0.6 dB/m，归因于铋与磷的活性中心。此外，950 nm与1380 nm处的低吸收分别是由高阶模的截止波长和OH吸收引起的。图4（b）次Y轴展示在1240 nm工作的拉曼光纤激光器下抽运铋掺杂光纤纤芯的增益光谱。结果表明，在1320 nm的波长范围内，其最高增益为0.22 dB/m。实验结果获得的增益光谱明显是不对称的，这是由于OH的吸收和1430 nm处达到峰值的增益分配给与硅有关的铋活性中心所造成的。实验基于铋与磷的活性中心通过使用1240 nm泵浦官光源实现粒子数反转，产生受激辐射并形成激光。

图4：（a）铋掺杂光纤预制棒的折射率分布与（b）吸收(实线)和增益(虚线)光谱。

实验首先将铋掺杂光纤作为增益光纤放入环形激光器，并不置入可饱和吸收体。图5（a）与图5（b）展示铋掺杂连续激光器结果，激光中心波长为约1318 nm，激光斜率为约1.6%。之后，铋掺杂光纤作为增益光纤放入图2与图3中以实现被动锁模激光。图5（c）显示飞秒脉冲的光谱呈现激光中心波长为约1326.8 nm，半高宽为约7.7 nm，凯利边带意味着该脉冲激光属于传统孤子运行模式，而图5（d）则显示锁模脉冲激光的重复频率为约7 MHz。

图5：光通信O波段铋掺杂光纤激光器。连续激光（a）光谱与（b）激光斜率。飞秒脉冲激光（c）光谱与（d）脉冲序列。

总结：

实验成果为研发一台铋掺杂飞秒脉冲光纤激光器，在第二通信波段（O波段）可作为相干光通信、光存储、光加密等应用的光源。在诸多应用中，实验综合考虑传统半导体飞秒脉冲激光器与铋掺杂飞秒脉冲光纤激光器的个别优势，从中选择更适合的光源。实验将通过优化光纤激光器中铋掺杂磷硅酸盐光纤长度，在拥有相较半导体激光器更优秀的对高温工作稳定性的同时，于制作成本上亦能媲美半导体激光二极管。此外，由于在第二通信波长工作的超快飞秒脉冲光纤激光器拥有近零的色散值，因此无需额外的色散补偿光纤即可付诸实质操作。在光通信系统上，实验提出的铋掺杂超快飞秒脉冲光纤激光器方案不仅能推进光通信领域的发展，且能解决被掐脖子的技术难题。在科学技术水平发展层面，实验的研究成果在超快脉冲激光领域具备参考价值，并期望能成为中国首台通信系统超快飞秒光纤激光器，成为无论在国内或是在国外，作为光通信系统激光器领域的技术引领者。

1. 每年能招收两名硕士生（一名学硕 + 一名专硕），学科：080300 光学工程，085408 光学电信工程。

2.具备发表中科院一区论文（学科前5%）的经验，注重实验、工作与文章质量。

3. 与浙江大学（邱建荣老师 ：中国教育部长江特聘教授）、芬兰阿尔托大学（孙志培老师 ：欧洲科学院院士）、俄罗斯科学院（Sergei Firstov教授 ：学院副院长）、马来西亚博特拉大学（Mohd Adzir Mahdi教授 ：科研领军人才）、www.优德88.cpm （李念强老师 ：学院副院长）有非常紧密的联系与科研合作。

4. 希望能为同学们提供一个良好的学习环境，充实并享受研究生的学习生涯。