Saturable absorption may be induced at critical pumping power by nonlinear optical effects of nanomaterials, thereby making it possible to generate a high-power ultrafast laser. Recently, Bi4Br4 is theoretically predicted to be a member of topological insulators and is expected to be a promising candidate for saturable absorbers (SAs). We show here that Bi4Br4 features a large modulation depth of 42.3%. The Bi4Br4-based SA enables mode-locking operation at the near-infrared range, as demonstrated here by a 1.5 μm fiber laser with a signal-to-noise ratio (SNR) of 90 dB and a pulse duration of 172 fs. Moreover, the robustness of the Bi4Br4-based SA at relatively high power is of particular interest, which can be proved by a laser's stable operation state. The strong optical nonlinearity and robustness provided by Bi4Br4 may arouse a growing upsurge in the innovation of high-power ultrafast photonic devices and further development of photon applications.

2.
J.
Su
,
L.
Chai
,
W.
Liu
, and
M.
Hu
,
IEEE J. Quantum Electron.
55
,
1
(
2019
).
4.
S. D.
Jackson
,
Nat. Photonics
6
,
423
(
2012
).
5.
R. R.
Gattass
and
E. E.
Mazur
,
Nat. Photonics
2
,
219
(
2008
).
6.
C.
Xu
and
F. W.
Wise
,
Nat. Photonics
7
,
875
(
2013
).
7.
M. L.
Liu
,
W. J.
Liu
, and
Z. Y.
Wei
,
J. Lightwave Technol.
37
,
3100
(
2019
).
8.
R. Y.
Liao
,
Y. J.
Song
, and
M. L.
Hu
,
Opt. Express
27
,
14705
(
2019
).
9.
Y. W.
Zhao
,
J. T.
Fan
,
H. S.
Shi
,
Y. P.
Li
,
Y. J.
Song
, and
M. L.
Hu
,
Opt. Express
27
,
8808
(
2019
).
10.
W.
Liu
,
R. Y.
Liao
,
J.
Zhao
,
J. H.
Cui
,
Y. J.
Song
,
C. Y.
Wang
, and
M. L.
Hu
,
Optica
6
,
194
(
2019
).
11.
Y. I.
Jhon
,
J.
Koo
,
B.
Anasori
,
M.
Seo
,
J. H.
Lee
,
Y.
Gogotsi
, and
Y. M.
Jhon
,
Adv. Mater.
29
,
1702496
(
2017
).
12.
W. J.
Liu
,
M. L.
Liu
,
Y. Y.
Ouyang
,
H. R.
Hou
, and
Z. Y.
Wei
,
Nanotechnology
29
,
394002
(
2018
).
13.
T.
Jiang
,
K.
Yin
,
C.
Wang
,
J.
You
,
H.
Ouyang
, and
R.
Miao
,
Photonics Res.
8
,
78
(
2020
).
14.
H.
Zhang
,
D. Y.
Zhao
,
L. M.
Zhao
,
Q. L.
Bao
, and
K. P.
Loh
,
Opt. Express
17
,
17630
(
2009
).
15.
Z. Q.
Luo
,
Y. Z.
Huang
,
M.
Zhong
,
Y. Y.
Li
,
J. Y.
Wu
,
B.
Xu
,
H. Y.
Xu
,
Z. P.
Cai
,
J.
Peng
, and
J.
Weng
,
J. Lightwave Technol.
32
,
4679
(
2014
).
16.
M.
Zhang
,
G. H.
Hu
,
G. Q.
Hu
,
R. C. T.
Howe
,
L.
Chen
,
Z.
Zheng
, and
T.
Hasan
,
Sci. Rep.
5
,
17482
(
2015
).
17.
R. L.
Miao
,
Z. W.
Shu
,
Y. Z.
Hu
,
Y. X.
Tang
,
H.
Hao
,
J.
You
,
X.
Zheng
,
X. A.
Cheng
,
H. G.
Duan
, and
T.
Jiang
,
Opt. Lett.
44
,
3198
(
2019
).
18.
C. X.
Zhang
,
H.
Ouyang
,
R. L.
Miao
,
Y. Z.
Sui
,
H.
Hao
,
Y. X.
Tang
,
J.
You
,
X.
Zheng
,
Z. J.
Xu
,
X. A.
Cheng
, and
T.
Jiang
,
Adv. Opt. Mater.
7
,
1900631
(
2019
).
19.
W. J.
Liu
,
L. H.
Pang
,
H. N.
Han
,
K.
Bi
,
M.
Lei
, and
Z. Y.
Wei
,
Nanoscale
9
,
5806
(
2017
).
20.
W. J.
Liu
,
M. L.
Liu
,
H. N.
Han
,
S. B.
Fang
,
H.
Teng
,
M.
Lei
, and
Z. Y.
Wei
,
Photonics Res.
6
,
C15
(
2018
).
21.
M.
Jung
,
J.
Lee
,
J.
Park
,
J.
Koo
,
Y. M.
Jhon
, and
J. H.
Lee
,
Opt. Express
23
,
19996
(
2015
).
22.
J.
Lee
,
Y. I.
Jhon
,
K.
Lee
,
Y. M.
Jhon
, and
J. H.
Lee
,
Sci. Rep.
10
,
15305
(
2020
).
23.
E. G.
Mishchenko
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
246802
(
2009
).
24.
Q. L.
Bao
,
H.
Zhang
,
Z. H.
Ni
,
Y.
Wang
,
L.
Polavarapu
,
Z. X.
Shen
,
Q. H.
Xu
,
D. Y.
Tang
, and
K. P.
Loh
,
Nano Res.
4
,
297
(
2011
).
25.
M. Z.
Hasan
and
C. L.
Kane
,
Rev. Mod. Phys.
82
,
3045
(
2010
).
26.
P. G.
Yan
,
R. Y.
Lin
,
S. C.
Ruan
,
A. J.
Liu
, and
H.
Chen
,
Opt. Express
23
,
154
(
2015
).
27.
H. J.
Zhang
,
C. X.
Liu
,
X. L.
Qi
,
X.
Dai
,
Z.
Fang
, and
S. C.
Zhang
,
Nat. Phys.
5
,
438
(
2009
).
28.
C. H.
Hsu
,
X. T.
Zhou
,
Q.
Ma
,
N.
Gedik
,
A.
Bansil
,
V. M.
Pereira
,
H.
Lin
,
L.
Fu
,
S. Y.
Xu
, and
T. R.
Chang
,
2D Mater.
6
,
031004
(
2019
).
29.
J. J.
Zhou
,
W.
Feng
,
G. B.
Liu
, and
Y.
Yao
,
Nano Lett.
14
,
4767
(
2014
).
30.
X.
Li
,
D.
Chen
,
M.
Jin
,
D.
Ma
, and
Y.
Yao
,
Proc. Natl. Acad. Sci.
116
,
17696
(
2019
).
31.
J. J.
Zhou
,
W. X.
Feng
,
C. C.
Liu
,
S.
Guan
, and
Y. G.
Yao
,
New J. Phys.
17
,
015004
(
2015
).
32.
W. J.
Liu
,
M. L.
Liu
,
X.
Chen
,
T.
Shen
,
M.
Lei
,
J. G.
Guo
,
H. X.
Deng
,
W.
Zhang
,
C. Q.
Dai
,
X. F.
Zhang
, and
Z. Y.
Wei
,
Commun. Phys.
3
,
15
(
2020
).
33.
Y.
Terada
,
S.
Yoshida
,
O.
Takeuchi
, and
H.
Shigekawa
,
J. Phys.-Condens. Mater.
22
,
264008
(
2010
).
34.
Y. I.
Jhon
,
J.
Lee
,
Y. M.
Jhon
, and
J. H.
Lee
,
IEEE J. Sel. Top Quant.
24
,
1102208
(
2018
).
35.
H.
Liu
,
X. W.
Zheng
,
M.
Liu
,
N.
Zhao
,
A. P.
Luo
,
Z. C.
Luo
,
W. C.
Xu
,
H.
Zhang
,
C. J.
Zhao
, and
S. C.
Wen
,
Opt. Express
22
,
6868
(
2014
).
36.
J.
Lee
,
J.
Koo
,
Y. M.
Jhon
, and
J. H.
Lee
,
Opt. Express
22
,
6165
(
2014
).
37.
J.
Sotor
,
G.
Sobon
,
W.
Macherzynski
,
P.
Paletko
, and
K. M.
Abramski
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
051108
(
2015
).
38.
K.
Wu
,
X. Y.
Zhang
,
J.
Wang
, and
J. P.
Chen
,
Opt. Lett.
40
,
1374
(
2015
).
39.
K.
Wu
,
X. Y.
Zhang
,
J.
Wang
,
X.
Li
, and
J. P.
Chen
,
Opt. Express
23
,
11453
(
2015
).
40.
Z. Q.
Luo
,
Y. Y.
Li
,
M.
Zhong
,
Y. Z.
Huang
,
X. J.
Wan
,
J.
Peng
, and
J.
Weng
,
Photonics Res.
3
,
A79
(
2015
).
41.
J.
Koo
,
Y. I.
Jhon
,
J.
Park
,
J.
Lee
,
Y. M.
Jhon
, and
J. H.
Lee
,
Adv. Funct. Mater.
26
,
7454
(
2016
).
You do not currently have access to this content.