国防科技大学系统工程学院——利用 CiteSpace 科学计量分析脉冲光纤激光器的前沿热点问题 | MDPI Materials

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通讯作者介绍

周文 副教授

国防科技大学

长期从事大数据分析、知识图谱、复杂网络等方面的研究。目前担任多个期刊审稿人，主持或参与多个国家自然科学基金项目和军队相关基金项目。已发表 SCI 收录学术论文 10 余篇。多次在国际国内学术会议上做报告或邀请报告。

杨子鑫 博士研究生

国防科技大学

山东省优秀学生，现就读于国防科技大学前沿交叉学科学院光学工程专业，主要研究方向为非线性光学、光纤激光器和全固态可见激光器。

导读

脉冲光纤激光器具有高峰值功率和窄脉冲宽度特性，已被证明是各种应用领域的重要工具。随着近年来光学领域的发展，与脉冲光纤激光器相关的研究论文越来越多。在传统的手工文献调查方法下，对于某一学科研究领域的归纳总结仍然受到阅读速度和时间的限制。另外，对脉冲光纤激光器发展前沿问题的研究，国内外鲜有基于科学计量法角度下进行系统梳理。因此有必要利用科学计量分析的方法对脉冲光纤激光器领域的相关论文和研究成果进行总结和评价，对该领域的研究方向和研究热点进行归纳分类。来自国防科技大学周文副教授及其团队在 Materials 期刊发表的文章，基于 CiteSpace 对脉冲光纤激光器领域近 6 年 (2017~2022 年) 的 11064 篇研究论文进行了科学计量分析，并对脉冲光纤激光器的主要研究热点进行了综述。最后，讨论了脉冲光纤激光器目前面临的挑战和发展。

研究过程与结果

//  分析方法

在以往的许多综述论文中，对研究热点、趋势和发展的描述往往建立在作者对某些文献项目的系统编译的基础上。本综述文章与其它已有综述文章的不同之处在于作者运用了科学计量分析方法，对海量共被引文献数据进行信息挖掘，从而为确定脉冲光纤激光领域的研究热点与前沿、演进特征、研究范式演变提供科学分析依据，因此本文可以回答以下问题：这个领域的合作情况如何？这个领域研究的热点以及演进特征是怎么样的？领域的研究前沿、知识基础以及研究范式是如何演变的？进而解决以往综述文章在梳理研究热点、趋势和范式时缺乏科学分析和可解释性的问题。

//  共被引网络

作者使用“Pulsed fiber lasers”等关键词，从 WoS 核心库中检索了大量的引文数据 (时间跨度被设定为从 2017 年到 2022 年，筛选后为 11064 篇文献及其所引用的文献)，以这些论文之间的共被引关系为基础构建文献共被引网络 (图 1)，共有 1089 个节点、5383 条连接边、网络密度为 0.0091，其中最大的一个网络连接子图中包含 865 个节点。在此基础上，利用 CiteSpace 的聚类分析工具，得到了文献共被引网络的聚类分析结果，其中共包括 19 个关联。在此基础上，利用 CiteSpace 中的对数似然比 (Log Likelihood Ratio, LLR) 算法，从每个集群的被引文献的标题、关键词和摘要中提取了能够表征相关共引集群内容的主体。聚类分析显示，网络中的高被引论文主要集中在可饱和吸收体 (Saturable Absorber)、光孤子 (Optical Soliton) 和锁模光纤激光器 (Mode-Locked Fiber Laser) 这三个聚类中，它们代表了脉冲光纤激光器领域的三个重要研究热点。对它们的研究现状进行梳理，有助于明确该领域的研究发展进程，为后续研究提供指导。

图 1. 2017~2022 年文献共被引网络。在文献共引网络中，节点的大小代表论文被引用次数的大小，网络节点的颜色由深到浅表示研究从早期到近期的演变。两篇论文之间的连接代表这两篇论文有共同引用关系，连接的颜色代表这两篇论文第一次被共同引用的时间。

//  时间线视图

在共同引用网络的时间线视图 (图 2) 中，可以看到每个集群的文献量和研究的时间宽度。可饱和吸收体领域聚集了大量的研究，研究持续时间长，其研究繁荣期在 2013 年到 2016 年之间。光孤子领域的研究持续时间弱于可饱和吸收体领域，大量的研究集中在 2013 年，但在 2015 年、2017 年、2018 年都有小规模的突破。锁模光纤激光器领域的研究持续时间比可饱和吸收体领域略弱，但研究时间长，聚集的研究规模比可饱和吸收体领域更均匀，2017 年至 2019 年有大规模的研究突破，这种趋势一直持续到 2022 年，是值得跟踪的研究方向。此外，作者经过分析得到，基于可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器是研究光学孤子的理想平台，同时二维材料独特的非线性光学特性使其能够被用作出色的可饱和吸收器件，并且可以很容易地被集成到光纤激光器中。这一优势极大地引起了脉冲光纤激光器领域的关注，使基于二维材料的可饱和吸收体成为热门研究课题。因此，本文综述了基于几种典型的二维材料 (如石墨烯、TI、TMD 和 BP) 的被动锁模光纤激光器的研究进展，并对其发展前景做出了讨论。

图 2. 共被引网络的时间线视图。在时间线视图中，每个节点代表一篇论文，节点的大小代表该论文被引用次数的大小，网络节点的颜色和横线由深到浅代表该论文被引用时间由早到晚的演变。需要注意的是，红色节点表示是突发文献，在该研究领域发挥着重要作用。文献的时间被放在视图的顶部，越往右，文献越新。

研究总结

本文基于 CiteSpace 科学计量学分析方法，对脉冲光纤激光器的前沿和热点进行了分析。作者发现，脉冲光纤激光器领域最重要的研究热点是“可饱和吸收体”。此外，基于对文献的归纳，作者发现二维材料在可饱和吸收体发展中的重要性。毫无疑问，作为脉冲光纤激光器领域的一个研究热点，基于二维材料的被动锁模光纤激光器已经获得了广泛的研究报道。作为不同于 SESAM 的新型可饱和吸收器件，尤其是纳米级厚度的二维材料所表现出的优异的非线性光学特性，在提升激光器性能方面具有独特的优势。本文介绍了几种典型的二维材料，并对基于二维材料 (如石墨烯、TI、TMD 和 BP) 的可饱和吸收器件所获得的激光性能进行了综述总结。未来的研究工作应着重于进一步提高超快光纤激光器的性能 (如输出功率、重复率、脉冲持续时间和脉冲能量)，同时还要考虑材料器件的长期稳定性，在继续优化典型材料性能的同时，我们也需要探索研究其他新型的性能稳定的二维光电器件，为大规模工业应用提供更好的基础条件。我们期待在不久的将来看到新兴的基于二维可饱和吸收体的超快光纤激光器以其优异的性能被广泛地应用于社会的各个领域。

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原文出自 Materials 期刊

Zhou, W.; Pang, X.; Zhang, H.; Yu, Q.; Liu, F.; Wang, W.; Zhao, Y.; Lu, Y.; Yang, Z. Frontier and Hot Topics of Pulsed Fiber Lasers via CiteSpace Scientometric Analysis: Passively Mode-Locked Fiber Lasers with Real Saturable Absorbers Based on Two-Dimensional Materials. Materials 2022, 15, 6761.

   Materials 期刊介绍

主编：Maryam Tabrizian, McGill University, Canada

期刊发表涵盖材料科学与工程研究相关各个领域的最新研究成果，包括但不限于高分子、纳米材料、能源材料、复合材料、碳材料、多孔材料、生物材料、建筑材料、陶瓷、金属等，以及材料物理化学、催化、腐蚀、光电应用、结构分析和表征、建模等研究领域在内的学术文章。

2021 Impact Factor	3.748
2021 CiteScore	4.7
Time to First Decision	15.3 Days
Time to Publication	38 Days

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