基于二維材料非線性效應(yīng)的多波長(zhǎng)鎖模光纖激光器研究.pdf

1、多波長(zhǎng)鎖模光纖激光器由于在許多領(lǐng)域，如光通信、光纖傳感、生物醫(yī)學(xué)研究、激光雷達(dá)和非線性光學(xué)等有著十分重要的應(yīng)用價(jià)值而成為研究熱點(diǎn)。目前，實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)鎖模光纖激光器的方式有主動(dòng)鎖模和被動(dòng)鎖模兩種。主動(dòng)鎖模通常需要聲光或電光調(diào)制器，使得激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而不易實(shí)現(xiàn)小型化；并且獲得的脈沖寬度一般為皮秒量級(jí)。與主動(dòng)方案相比，被動(dòng)鎖模具有更多優(yōu)點(diǎn)，例如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出脈寬更窄以及穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，從而得到廣泛研究和應(yīng)用。
　　可飽和吸收體是被動(dòng)鎖

2、模光纖激光器的核心器件之一。目前，我們常采用半導(dǎo)體可飽和吸收鏡作為可飽和吸收體。不過(guò)，它需要輸出透鏡將泵浦光耦合進(jìn)光纖中，使得光纖激光器的結(jié)構(gòu)變得很復(fù)雜且腔內(nèi)損耗較大。因此，亟需探索新型的可飽和吸收體。近年來(lái)，拓?fù)浣^緣體和二維硫化物由于具有巨大的非線性折射率、高的調(diào)制深度、低的飽和吸收閾值而引起物理、化學(xué)和材料領(lǐng)域研究人員的極大關(guān)注。目前，研究人員主要側(cè)重于研究單波長(zhǎng)鎖模脈沖，而利用這些二維材料同時(shí)具有的高非線性來(lái)產(chǎn)生多波長(zhǎng)鎖模脈沖卻鮮

3、有涉入。同時(shí)，多波長(zhǎng)鎖模光纖激光器的機(jī)理和理論模型有待建立和完善，該激光器也是研究脈沖傳輸以及非線性動(dòng)力學(xué)演化的理想平臺(tái)。
　　在本文中，我們利用拓?fù)浣^緣體和二維硫化物的雙重功能，即飽和吸收和高非線性，構(gòu)建了一種多波長(zhǎng)鎖模光纖激光器，并深入分析了多波長(zhǎng)鎖模脈沖的形成機(jī)理和演化規(guī)律。主要內(nèi)容如下：
　　首先，從理論上分析了多波長(zhǎng)鎖模脈沖的形成機(jī)理及影響因素。多波長(zhǎng)鎖模脈沖的形成源于拓?fù)浣^緣體和二維硫化物的飽和吸收和高非線性及腔

4、內(nèi)單模光纖的雙折射和偏振控制器的偏振相關(guān)損耗相結(jié)合所產(chǎn)生的濾波效應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)上，我們利用拓?fù)浣^緣體Bi2Se3聚乙烯醇溶液和薄膜分別實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧三波長(zhǎng)鎖模和四波長(zhǎng)鎖模光纖激光激光器。
　　其次，利用拓?fù)浣^緣體聚合物薄膜作為鎖模器件，獲得了兩種高脈沖能量的納秒脈沖并分析了它們的形成機(jī)理。第一種為雙波長(zhǎng)矩形脈沖，其脈沖寬度隨泵浦功率的增加在13.62ns～25.16ns之間可調(diào),相應(yīng)的脈沖能量為0.593nJ～2.824nJ，這遠(yuǎn)高于傳

5、統(tǒng)孤子的脈沖能量（小于0.1nJ）。實(shí)驗(yàn)上，除了基頻運(yùn)轉(zhuǎn)，還實(shí)現(xiàn)了雙波長(zhǎng)矩形脈沖的諧波鎖模。另一種為雙波長(zhǎng)混合類臺(tái)階-暗孤子脈沖。
　　再次，利用拓?fù)浣^緣體聚合物薄膜作為鎖模器件，在摻鉺光纖激光器的近零色散區(qū)首次實(shí)現(xiàn)了雙波長(zhǎng)亮-暗孤子對(duì)的基頻和高次諧波運(yùn)轉(zhuǎn)，并分析了它們的形成機(jī)理和演化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)上，獲得雙波長(zhǎng)亮-暗孤子對(duì)的最高重復(fù)頻率為433.8MHz，對(duì)應(yīng)于280次諧波。進(jìn)而，我們?cè)诨谕負(fù)浣^緣體的光纖激光器中，首次實(shí)現(xiàn)了雙波長(zhǎng)

6、的暗孤子脈沖。此外，我們還分析了腔內(nèi)色散對(duì)雙波長(zhǎng)亮-暗孤子對(duì)脈沖形狀和脈沖寬度的影響。
　　最后，利用基于二硫化鎢光纖拉錐體作為鎖模器件，在摻鉺光纖激光器的負(fù)色散區(qū)，首次實(shí)現(xiàn)了雙波長(zhǎng)飛秒孤子以及“凹形邊帶”孤子，并分析了它們的形成機(jī)理和演化規(guī)律。利用耦合非線性薛定諤方程，還分析了單波長(zhǎng)飛秒脈沖在單模光纖中的傳輸規(guī)律。研究表明，光纖激光器中雙波長(zhǎng)孤子的形成由腔內(nèi)色散、雙折射、高非線性和飽和吸收共同決定；而“凹形邊帶”孤子的形成可歸因