基于石墨烯可飽和吸收體的脈沖摻鉺光纖激光器.pdf

1、被動鎖模及調Q脈沖光纖激光器以其光束質量高、穩(wěn)定性好、系統(tǒng)緊湊、結構簡單等特點，在光通信、生物診斷、材料加工、國防等領域具有廣泛的應用?？娠柡臀阵w是被動鎖模及調Q脈沖光纖激光器中的關鍵器件。目前，半導體可飽和吸收鏡(SESAM)是應用最廣泛的可飽和吸收體。但是，其價格昂貴、制作工藝復雜，而且工作波長范圍較窄。隨著新材料技術的發(fā)展，碳納米管可飽和吸收體受到廣泛關注。碳納米管是一種直接帶隙材料，其帶隙大小由管徑和手性決定。最近，石墨烯已經

2、成為科學界研究的熱點。除了具有優(yōu)異的電學、熱學和力學特性外，石墨烯還具有獨特的寬帶工作的光學特性。各重要的是，石墨烯可飽和吸收體具有高的熱損傷閾值、低的飽和強度、短的恢復時間、大的調制深度和波長可調諧等優(yōu)點，有利于激光器在高功率、長時間情況下穩(wěn)定的運轉。本論文基于石墨烯可飽和吸收體，深入研究了石墨烯的非線性光學特性及其在脈沖光纖激光器中的應用，揭示了石墨烯脈沖光纖激光器中的脈沖動力學機制，對發(fā)展寬帶、穩(wěn)定、緊湊的脈沖激光光源具有重要意義

3、和實用價值。具體的研究成果總結如下:
　　首先，實驗實現了可調諧、雙波長、同步、石墨烯調Q光纖激光器。用石墨烯可飽和吸收體搭建了可調諧雙波長同步調Q光纖激光器。通過調節(jié)偏振控制器，得到了波長間隔為25.6nm的雙波長調Q脈沖和波長間隔為5.7nm的雙波長調Q脈沖。將輸出的脈沖用一個1-nm的帶通濾波器濾波后，發(fā)現這兩種雙波長調Q脈沖的單個波長脈沖是時間同步的。另外，調節(jié)偏振控制器，不管兩個波長的相對位置還是絕對位置（在光譜上）的變

4、化，雙波長同步調Q激光器的性能都不會變化。將諧振腔中雙折射濾波器改成馬赫—曾德爾濾波器，可以得到重復率相近的雙波長同步調Q脈沖。石墨烯可飽和吸收體能夠在多波長光纖激光器中工作，并且對兩個波長脈沖的吸收效果相同，與濾波器無關。
　　其次，實驗實現了基于多層石墨烯(22層)的調Q鎖模光纖激光器。通過非線性測量，獲得了CVD方法制備的多層石墨烯樣品的非線性參數，其調制深度達40％?；谠撌┛娠柡臀阵w，實驗獲得了最小的脈沖包絡寬度為

5、13.84μs和主脈沖最大峰值功率為35.89W的調Q鎖模脈沖，并通過調Q不穩(wěn)定性理論分析了調Q鎖模光纖激光器的工作特性。
　　第三，實現了無襯底、反射型的石墨烯調Q光纖激光器。傳統(tǒng)的石墨烯可飽和吸收體需要襯底才方便引入激光器中工作。我們通過CVD方法，制備得到了無襯底的多層石墨烯樣品，并基于非線性測量方法，獲得了石墨烯可飽和吸收體反射器的調制深度為0.5％，飽和功率密度為351W/cm2。將該石墨烯反射器熔接到摻鉺光纖激光器中，

6、實驗得到了重復率22kHz、脈沖寬度11μs、單脈沖能量23nJ、中心波長1530nm的穩(wěn)定調Q脈沖。研究結果不僅豐富了人們對石墨烯非線性光學特性的認識，而且拓展了石墨烯可飽和吸收體在脈沖光纖激光器中的應用。
　　第四，實現了低重復率石墨烯鎖模光纖激光器。研究了基于石墨烯可飽和吸收體的長腔型鎖模光纖激光器，觀察到了單脈沖類噪聲鎖模態(tài)、雙脈沖類噪聲鎖模態(tài)和泵浦滯后現象。單個類噪聲脈沖能量達到5.9nJ，大于一般負色散孤子的脈沖能量。