基于新型二维材料可饱和吸收体超短脉冲光纤激光器研究
Study on Ultrashort Fiber Laser with Novel Two-dimensional Material Saturable Absorber
超短脉冲光纤激光器具有小型化、高效率、环境适应性强、易于热管理、无需光路准直、便于产业化等优点,在工业、商业、科研和军事等众多领域具有十分广泛的应用.目前,实现超短脉冲的主要方式是基于半导体饱和吸收镜(SESAM)的被动锁模技术,但SESAM的制备需要昂贵复杂的外延生长技术和繁琐的后期处理过程,制作成本高,在光纤中使用不便捷.人们一直致力于探索新型可饱和吸收体来取代SESAM,探索新型可饱和吸收体是激光物理与激光技术的一项重要研究内容.论文主要针对飞秒光纤激光器目前面临的部分共同问题和难点问题展开研究,主要研究了新型二维材料可饱和吸收体的非线性光学特性,并将其用于研究超短脉冲光纤激光器.本文主要研究成果如下:1.通过利用二维材料石墨烯和黑磷得到了石墨烯-黑磷纳米异质结构(Graphene/phosphorene nanoheterojunction)的复合材料,比较纳米异质结构中黑磷和纯黑磷的拉曼光谱发现,石墨烯-黑磷纳米异质结构显著提高黑磷的稳定性,此方法提供了一种保护黑磷新技术手段.搭建了基于石墨烯-黑磷纳米异质结构的掺铒被动调Q光纤激光器,当泵浦功率从67m W增加到607m W时,调Q脉冲重复频率从22.45kHz增加到76.63kHz,对应的脉宽从5.99μs减小到3.28μs,单脉冲能量最大可达到267.5nJ.2.研究了基于石墨烯-黑磷纳米异质结构的掺铒被动锁模光纤激光器,研究结果表明,当泵浦功率为72m W时,可以获得稳定的锁模脉冲序列,激光器输出功率为2mW,脉冲宽度为820fs,重复频率为7.43MHz,中心波长为1529.92nm、3dB带宽为3.4nm;实验中,增加LD功率并适当的调节PC,可实现谐波锁模,最大重复频率为295.6MHz,对应的脉冲宽度为865fs,中心波长为1529nm、3dB带宽为4nm.通过调整石墨烯-黑磷纳米异质结可饱和吸收体浓度,在掺铒被动锁模光纤激光器中实现了脉冲宽度为148fs的锁模脉冲,对应的重复频率为7.5MHz,中心波长为1531nm、3dB带宽为19.4nm.3.采用z-scan技术研究了MXene Ti3C2Tx在800nm、1064nm、1550nm和1800nm波段的超宽带可饱和吸收特性.利用MXene Ti3C2Tx搭建了一套掺铒锁模光纤激光器,实现了飞秒量级的脉冲输出.当泵浦功率为238mW,获得输出功率为3mW,脉冲周期137.4ns,脉冲宽度为159fs,光谱宽度为22.2nm、中心波长为1555.01nm的稳定锁模激光脉冲.4.将MXene Ti3C2Tx应用到掺镱光纤激光器中,得到了稳定锁模的皮秒量级激光脉冲.当泵浦功率为482mW,输出功率为9m W,重复频率为18.96MHz,脉冲宽度为480ps,中心波长为1065.89nm,光谱宽度为4.4nm.
- 作者：
- 刘顺祥
- 学位授予单位：
- 深圳大学
- 专业名称：
- 光学工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 文侨
- 中图分类号：
- TN248
- 关键词：
- 脉冲光纤激光器；被动调Q；被动锁模；可饱和吸收体；超短脉冲
- pulsed fiber laser; passive Q-switched; passive mode-locked; saturable absorber; ultrashort pulse;