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文檔簡(jiǎn)介
1、脈沖光纖激光器可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療和科研等領(lǐng)域,鎖模和調(diào)Q為光纖激光器中實(shí)現(xiàn)脈沖操作的常見(jiàn)技術(shù)。鎖模技術(shù)對(duì)光纖激光器腔體的增益、損耗和色散以及可飽和吸收體(SA)的性能都有一定的要求,對(duì)比之下,調(diào)Q技術(shù)的要求較低,往往更易實(shí)現(xiàn)。近年來(lái),基于石墨烯等新型納米材料的調(diào)Q技術(shù)受到了極大的關(guān)注。相比于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)和碳納米管,新型納米材料具有諸如高度光纖兼容性、大調(diào)制深度、超快恢復(fù)時(shí)間和獨(dú)特的超寬帶可飽和吸收特性等優(yōu)點(diǎn)
2、。因此,新型納米材料SAs已被廣泛應(yīng)用于各種光纖激光器中實(shí)現(xiàn)調(diào)Q操作。然而,由于新型納米材料具有較低的飽和光強(qiáng)和使用過(guò)程中常會(huì)引入低損傷閾值的聚合物,這使得新型納米材料被動(dòng)調(diào)Q光纖激光器的輸出性能受到了限制。以石墨烯為例,傳統(tǒng)的全光纖石墨烯被動(dòng)調(diào)Q激光器輸出的平均功率通常僅為幾個(gè)毫瓦,單脈沖能量也通常僅為幾十納焦。此外,雖然新型納米材料的可飽和吸收特性可延伸到可見(jiàn)光領(lǐng)域,但卻未有可見(jiàn)光波段納米材料被動(dòng)調(diào)Q光纖激光器的報(bào)道。本論文從全光纖
3、石墨烯被動(dòng)調(diào)Q激光器的脈沖輸出性能和納米材料在可見(jiàn)光光纖激光器中的應(yīng)用入手,系統(tǒng)研究了基于石墨烯的大能量全光纖被動(dòng)調(diào)Q激光器和基于各種納米材料的紅光被動(dòng)調(diào)Q光纖激光器,取得了如下研究成果:
1.設(shè)計(jì)了大增益、大耦合輸出比和SA放置腔內(nèi)低功率位置的激光器腔體結(jié)構(gòu)。通過(guò)該腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),獲得了單脈沖能量最大可為1.28μJ的全光纖石墨烯被動(dòng)調(diào)Q雙包層鉺鐿共摻光纖(EYDF)激光器和單脈沖能量最大可為1.73μJ的全光纖石墨烯被動(dòng)調(diào)Q
4、雙包層摻鐿光纖(YDF)激光器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)極大改善了全光纖石墨烯被動(dòng)調(diào)Q激光器的脈沖輸出性能,將其單脈沖能量從nJ量級(jí)提升到了μJ量級(jí)。
2.基于大增益、大耦合輸出比和SA放置腔內(nèi)低功率位置的激光器腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和石墨烯的寬帶可飽和吸收特性,獲得了最大單脈沖能量1.05μJ和波長(zhǎng)可調(diào)范圍從1530.92 nm到1546.97nm的全光纖石墨烯被動(dòng)調(diào)Q EYDF激光器。更進(jìn)一步通過(guò)共用石墨烯調(diào)Q器將YDF和EYD
5、F激光器腔體連接起來(lái),首次獲得了脈沖重復(fù)頻率可調(diào)范圍從8.94 kHz到20.03 kHz的同步被動(dòng)調(diào)Q雙色1066nm和1535nm光纖激光器。YDF腔體的單脈沖能量最大可為5.30μJ,EYDF腔體的單脈沖能量最大可為1.20μJ。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,石墨烯確實(shí)具有超寬帶的可飽和吸收特性。
3.采用光纖端面鍍膜的可見(jiàn)光光纖型反射鏡,構(gòu)建緊湊的可見(jiàn)光光纖激光器。分別利用紅光、橙光和綠光光纖型輸入輸出鏡,實(shí)現(xiàn)了全光纖腔體的635.9
6、nm紅光、603.5nm橙光和522.1 nm綠光激光器。通過(guò)優(yōu)化紅光光纖激光器的耦合輸出比,將激光器的斜效率提升到了59.4%。借助光纖反射鏡對(duì)不同波長(zhǎng)的反射率差,補(bǔ)償增益光纖的增益差,獲得了紅綠(635.7 nm和521.3 nm)及紅橙(635.2nm和603.1nm)雙波長(zhǎng)光纖激光器
4.首次實(shí)現(xiàn)了納米材料在紅光光纖激光器中的被動(dòng)調(diào)Q操作。如,首次實(shí)現(xiàn)了硫化鎢在紅光光纖激光器中的被動(dòng)調(diào)Q操作,其脈沖重復(fù)頻率可調(diào)范圍從2
7、32.7 kHz到512.8 kHz,最窄脈寬為207 ns;首次研究了基于硒化鉍的被動(dòng)調(diào)Q紅光光纖激光器,其脈沖重復(fù)頻率可調(diào)范圍從191.6 kHz到454.5 kHz,最窄脈寬為244 ns;首次實(shí)現(xiàn)了黑磷被動(dòng)調(diào)Q紅光光纖激光器,其脈沖重復(fù)頻率可從108.8 kHz連續(xù)調(diào)諧到409.8 kHz,可調(diào)范圍達(dá)到300 kHz,最窄脈寬為383ns;首次將納米金應(yīng)用于紅光光纖激光器中獲得被動(dòng)調(diào)Q脈沖,其脈沖重復(fù)頻率可調(diào)范圍從285.7 k
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