基于二維原子晶體的被動調(diào)Q光纖激光器研究.pdf

1、被動調(diào)Q光纖激光器由于其高光束質(zhì)量、高穩(wěn)定性、高能量、系統(tǒng)簡單等優(yōu)點(diǎn)，在光通信、光傳感、生物診斷、工業(yè)加工、國防等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
　　可飽和吸收體是被動調(diào)Q光纖激光器中的關(guān)鍵器件，它要求非線性材料具有大的工作帶寬、快的響應(yīng)和低的損耗。目前，半導(dǎo)體可飽和吸收鏡（SESAM)是應(yīng)用最為廣泛的可飽和吸收體，其調(diào)制深度、飽和通量等參數(shù)可以精確控制，但是其制作工藝復(fù)雜，價格昂貴，而且工作波長范圍較窄。隨著新材料技術(shù)的發(fā)展，碳納米管獨(dú)特的

2、光電和非線性光學(xué)性質(zhì)引起研究人員的廣泛關(guān)注。但是研究發(fā)現(xiàn)，其調(diào)制深度較小，損傷閾值低，并且其帶隙大小由其直徑和手性決定，需通過精確地調(diào)控管徑分布以獲得所需波段的可飽和吸收。二維原子晶體材料作為一類嶄新的材料，它們具有獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)、機(jī)械特性和非線性光學(xué)特性，其在光纖激光器中作為可飽和吸收體，在脈沖激光產(chǎn)生方面具有優(yōu)異的特性。
　　二維原子晶體材料是指以石墨烯為代表的單原子層及少數(shù)原子層厚度的晶體材料。本論文基于石墨烯和拓?fù)浣^緣體

3、材料可飽和吸收體，研究其非線性光學(xué)特性及其在被動調(diào)Q激光產(chǎn)生方面的應(yīng)用。具體的研究成果總結(jié)如下：
　　第一，基于石墨烯可飽和吸收體和級聯(lián)的Bragg光纖光柵，實(shí)現(xiàn)了波長間距為0.8 n m的雙波長被動調(diào)Q摻Er光纖激光輸出。通過調(diào)節(jié)偏振控制器，可以實(shí)現(xiàn)1542.9 n m和1543.7 n m單波長的調(diào)Q激光輸出。這種方法為實(shí)現(xiàn)窄波長間距的脈沖激光光源提供了一種簡易方法。其中，級聯(lián)光纖光柵易于實(shí)現(xiàn)波長擴(kuò)展，而石墨烯的高非線性有益于

4、獲得穩(wěn)定的多波長激光輸出。
　　第二，基于拓?fù)浣^緣體可飽和吸收體，實(shí)驗(yàn)獲得了百納秒量級的被動調(diào)Q光纖激光輸出。通過縮短諧振腔長度，并優(yōu)化制備拓?fù)浣^緣體可飽和吸收體，實(shí)驗(yàn)獲得了最小脈沖寬度為217.6 ns，重復(fù)頻率177.7 kHz，平均功率1.33 m W的調(diào)Q激光輸出。這是迄今文獻(xiàn)報道基于拓?fù)浣^緣體材料獲得的最短調(diào)Q脈沖激光輸出。
　　第三，基于倏逝波耦合機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了全光纖的拓?fù)浣^緣體被動調(diào)Q光纖激光器激光輸出。通過優(yōu)化

5、拉錐光纖參數(shù)，結(jié)合光學(xué)沉積方法，制備獲得了基于倏逝波耦合機(jī)制的飽和吸收器件。非線性光學(xué)測量結(jié)果表明該飽和吸收器件具有優(yōu)異的非線性吸收性能。通過將該飽和吸收器件集成到光纖激光諧振腔中，獲得了波長1543.2 n m,重頻在2.6 k Hz?12 k Hz之間變化，脈沖寬度在50 p?9 p之間變化的調(diào)Q激光輸出。
　　第四，基于拓?fù)浣^緣體可飽和吸收體，實(shí)現(xiàn)了窄線寬的調(diào)Q光纖激光輸出。通過優(yōu)化線性諧振腔結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣^緣體可飽和吸收體的非