基于石墨烯的可調(diào)被動鎖模光纖激光器的研究.pdf

1、鎖模技術(shù)是實現(xiàn)飛秒超短脈沖的主要方法之一。根據(jù)在脈沖壓縮過程是否引入外界激勵源，該技術(shù)分為主動和被動方式;而根據(jù)激光器內(nèi)工作物質(zhì)的不同，鎖模激光器又包括全固態(tài)和全光纖形式。相比之下，被動鎖模光纖激光器具有結(jié)構(gòu)輕巧、操作簡單安全、脈沖信號輸出穩(wěn)定、熱損傷閾值高、使用壽命長等特點，因而備受科研領(lǐng)域的關(guān)注。
　　時至今日，被動鎖模光纖激光器的搭建形式已經(jīng)多種多樣。常見的機(jī)制包括非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模(NPR)、非線性環(huán)形鏡“8”字腔鎖模(F

2、8L)和基于半導(dǎo)體可飽和吸收鏡（SESAM）的鎖模。其中前兩種方式易受環(huán)境影響而導(dǎo)致輸出信號不穩(wěn)定;而后者則具有器件制備條件苛刻、工作波段較窄等不利因素。
　　最近幾年，以碳納米管(CNT)和石墨烯為首的新型碳納米材料風(fēng)靡世界，將二者作為飽和吸收體被動鎖模可以實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的飛秒脈沖激光輸出。相比于碳納米管易團(tuán)聚、形貌結(jié)構(gòu)（直徑、手性）難控制等缺點，石墨烯因其具有完美的二維結(jié)構(gòu)、獨(dú)特的能帶分布、優(yōu)異的光電性質(zhì)等特點，自2004年被

3、發(fā)現(xiàn)以來更是引發(fā)了世界的瘋狂。2010年，為表彰在石墨烯材料方面做出的貢獻(xiàn)，其發(fā)現(xiàn)者K.S.Novoselov和A.K.Geim榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎。在此背景下，本文主要研究了以石墨烯為飽和吸收體的被動光纖鎖模技術(shù)，并結(jié)合石墨烯的光電性質(zhì)對鎖模脈沖進(jìn)行了調(diào)控。具體工作如下:
　　1、簡要介紹了石墨烯作為飽和吸收體被動光纖鎖模技術(shù)的發(fā)展歷程，進(jìn)而詳細(xì)討論了石墨烯獨(dú)特的光電特性，包括可飽和吸收性、光偏振特性及場效應(yīng)雙極特性，為后文的實

4、驗工作奠定理論基礎(chǔ)。
　　2、成功搭建了環(huán)形腔全光纖被動鎖模激光器。在泵浦光源輸出120mW左右時，適當(dāng)調(diào)節(jié)光纖回路的偏振態(tài)，激光器可穩(wěn)定輸出中心波長為1564.2nm，重復(fù)頻率約為14MHz，3dB光譜帶寬為9.1nm的超短脈沖。經(jīng)自相關(guān)跡檢測及計算分析可知，所得脈沖脈寬約為900fs。
　　3、制備了基于CVD石墨烯的三明治結(jié)構(gòu)的新型飽和吸收體，經(jīng)測試其偏振敏感性顯著。在此基礎(chǔ)上利用石墨烯與拉錐光纖的相互作用，通過鎖模激

5、光器光纖環(huán)形腔中偏振態(tài)的改變，可以實現(xiàn)3dB光譜為7.58nm、脈寬為160fs的調(diào)控。經(jīng)對比，應(yīng)用此新型飽和吸收體的偏振敏感特性，可有效提高調(diào)控幅度。
　　4、制備了CVD石墨烯場效應(yīng)晶體管，總結(jié)了這種晶體管調(diào)控電信號的規(guī)律，并利用石墨烯的場效應(yīng)雙極特性對連續(xù)光信號和脈沖光信號進(jìn)行調(diào)控。由于CVD石墨烯表面缺陷多、易吸附空氣分子等因素，此調(diào)控結(jié)果并不理想。但利用場效應(yīng)雙極特性調(diào)控石墨烯費(fèi)米面能級分布，進(jìn)而調(diào)控光纖環(huán)路中其飽和吸收