Two-dimensional (2D) violet phosphorus (VP) plays a significant role in the applications of photonic and optoelectronic devices due to its unique optical and electrical properties. The ultrafast carrier dynamics and nonlinear optical absorption properties were systematically investigated here. The intra- and inter-band ultrafast relaxation times of 2D VP nanosheets were measured to be ~6.83 ps and ~62.91 ps using the pump–probe method with a probe laser operating at 1.03 μm. The nonlinear absorption coefficient βeff, the saturation intensity Is, the modulation depth ΔR, and the nonsaturable loss were determined to be −2.18 × 104 cm/MW, 329 kW/cm2, 6.3%, and 9.8%, respectively, by using the Z-scan and I-scan methods, indicating the tremendous saturable absorption property of 2D VP nanosheets. Furthermore, the passively Q-switched Nd:YVO4 laser was realized with the 2D VP nanosheet-based SA, in which the average output power of 700 mW and the pulse duration of 478 ns were obtained. These results effectively reveal the nonlinear optical absorption characteristics of VP nanosheets, demonstrating their outstanding light-manipulating capabilities and providing a basis for the applications of ultrafast optical devices. Our results verify the excellent saturable absorption properties of 2D VP, paving the way for its applications in pulsed laser generation.

In this paper, a high energy 3.5 μm mid-infrared (MIR) burst-mode KTA optical parametric oscillator (OPO) was demonstrated. Utilizing a quasi-continuous wave (QCW) laser diode (LD) side-pump module and electro-optic (EO) Q-switching technique, a high beam quality 1064 nm burst-mode laser was achieved as the fundamental source, generating 30 mJ high-energy pulses at burst repetition rates of 100 Hz and 200 Hz with sub-burst repetition rates of 20 kHz, 40 kHz, and 50 kHz. The KTA-OPO produced a 3.5 μm MIR burst-mode laser output with 4 to 11 sub-pulses per pulse envelope. The output energies were 2.9 mJ, 2.81 mJ, and 2.79 mJ at 100 Hz, as well as 2.8 mJ, 2.75 mJ, and 2.72 mJ at 200 Hz, with corresponding conversion efficiencies of 9.6%, 9.3%, and 9.3% at 100 Hz, as well as 9.3%, 9.2%, and 9.1% at 200 Hz, respectively. Our results pave a new way for generating burst-mode MIR lasers.