基于二維材料非線性效應的多波長鎖模光纖激光器研究.pdf

1、多波長鎖模光纖激光器由于在許多領域，如光通信、光纖傳感、生物醫(yī)學研究、激光雷達和非線性光學等有著十分重要的應用價值而成為研究熱點。目前，實現(xiàn)多波長鎖模光纖激光器的方式有主動鎖模和被動鎖模兩種。主動鎖模通常需要聲光或電光調制器，使得激光器結構復雜，因而不易實現(xiàn)小型化；并且獲得的脈沖寬度一般為皮秒量級。與主動方案相比，被動鎖模具有更多優(yōu)點，例如結構簡單、輸出脈寬更窄以及穩(wěn)定性好等優(yōu)點，從而得到廣泛研究和應用。
　　可飽和吸收體是被動鎖

2、模光纖激光器的核心器件之一。目前，我們常采用半導體可飽和吸收鏡作為可飽和吸收體。不過，它需要輸出透鏡將泵浦光耦合進光纖中，使得光纖激光器的結構變得很復雜且腔內損耗較大。因此，亟需探索新型的可飽和吸收體。近年來，拓撲絕緣體和二維硫化物由于具有巨大的非線性折射率、高的調制深度、低的飽和吸收閾值而引起物理、化學和材料領域研究人員的極大關注。目前，研究人員主要側重于研究單波長鎖模脈沖，而利用這些二維材料同時具有的高非線性來產生多波長鎖模脈沖卻鮮

3、有涉入。同時，多波長鎖模光纖激光器的機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力學演化的理想平臺。
　　在本文中，我們利用拓撲絕緣體和二維硫化物的雙重功能，即飽和吸收和高非線性，構建了一種多波長鎖模光纖激光器，并深入分析了多波長鎖模脈沖的形成機理和演化規(guī)律。主要內容如下：
　　首先，從理論上分析了多波長鎖模脈沖的形成機理及影響因素。多波長鎖模脈沖的形成源于拓撲絕緣體和二維硫化物的飽和吸收和高非線性及腔

4、內單模光纖的雙折射和偏振控制器的偏振相關損耗相結合所產生的濾波效應。在實驗上，我們利用拓撲絕緣體Bi2Se3聚乙烯醇溶液和薄膜分別實現(xiàn)了可調諧三波長鎖模和四波長鎖模光纖激光激光器。
　　其次，利用拓撲絕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理。第一種為雙波長矩形脈沖，其脈沖寬度隨泵浦功率的增加在13.62ns～25.16ns之間可調,相應的脈沖能量為0.593nJ～2.824nJ，這遠高于傳

5、統(tǒng)孤子的脈沖能量（小于0.1nJ）。實驗上，除了基頻運轉，還實現(xiàn)了雙波長矩形脈沖的諧波鎖模。另一種為雙波長混合類臺階-暗孤子脈沖。
　　再次，利用拓撲絕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)首次實現(xiàn)了雙波長亮-暗孤子對的基頻和高次諧波運轉，并分析了它們的形成機理和演化規(guī)律。實驗上，獲得雙波長亮-暗孤子對的最高重復頻率為433.8MHz，對應于280次諧波。進而，我們在基于拓撲絕緣體的光纖激光器中，首次實現(xiàn)了雙波長

6、的暗孤子脈沖。此外，我們還分析了腔內色散對雙波長亮-暗孤子對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色散區(qū)，首次實現(xiàn)了雙波長飛秒孤子以及“凹形邊帶”孤子，并分析了它們的形成機理和演化規(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孤子的形成由腔內色散、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