基于石墨烯可飽和吸收體的脈沖摻鉺光纖激光器.pdf

1、被動(dòng)鎖模及調(diào)Q脈沖光纖激光器以其光束質(zhì)量高、穩(wěn)定性好、系統(tǒng)緊湊、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在光通信、生物診斷、材料加工、國(guó)防等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用?？娠柡臀阵w是被動(dòng)鎖模及調(diào)Q脈沖光纖激光器中的關(guān)鍵器件。目前，半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)是應(yīng)用最廣泛的可飽和吸收體。但是，其價(jià)格昂貴、制作工藝復(fù)雜，而且工作波長(zhǎng)范圍較窄。隨著新材料技術(shù)的發(fā)展，碳納米管可飽和吸收體受到廣泛關(guān)注。碳納米管是一種直接帶隙材料，其帶隙大小由管徑和手性決定。最近，石墨烯已經(jīng)

2、成為科學(xué)界研究的熱點(diǎn)。除了具有優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)特性外，石墨烯還具有獨(dú)特的寬帶工作的光學(xué)特性。各重要的是，石墨烯可飽和吸收體具有高的熱損傷閾值、低的飽和強(qiáng)度、短的恢復(fù)時(shí)間、大的調(diào)制深度和波長(zhǎng)可調(diào)諧等優(yōu)點(diǎn)，有利于激光器在高功率、長(zhǎng)時(shí)間情況下穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。本論文基于石墨烯可飽和吸收體，深入研究了石墨烯的非線性光學(xué)特性及其在脈沖光纖激光器中的應(yīng)用，揭示了石墨烯脈沖光纖激光器中的脈沖動(dòng)力學(xué)機(jī)制，對(duì)發(fā)展寬帶、穩(wěn)定、緊湊的脈沖激光光源具有重要意義

3、和實(shí)用價(jià)值。具體的研究成果總結(jié)如下:
　　首先，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧、雙波長(zhǎng)、同步、石墨烯調(diào)Q光纖激光器。用石墨烯可飽和吸收體搭建了可調(diào)諧雙波長(zhǎng)同步調(diào)Q光纖激光器。通過(guò)調(diào)節(jié)偏振控制器，得到了波長(zhǎng)間隔為25.6nm的雙波長(zhǎng)調(diào)Q脈沖和波長(zhǎng)間隔為5.7nm的雙波長(zhǎng)調(diào)Q脈沖。將輸出的脈沖用一個(gè)1-nm的帶通濾波器濾波后，發(fā)現(xiàn)這兩種雙波長(zhǎng)調(diào)Q脈沖的單個(gè)波長(zhǎng)脈沖是時(shí)間同步的。另外，調(diào)節(jié)偏振控制器，不管兩個(gè)波長(zhǎng)的相對(duì)位置還是絕對(duì)位置（在光譜上）的變

4、化，雙波長(zhǎng)同步調(diào)Q激光器的性能都不會(huì)變化。將諧振腔中雙折射濾波器改成馬赫—曾德?tīng)枮V波器，可以得到重復(fù)率相近的雙波長(zhǎng)同步調(diào)Q脈沖。石墨烯可飽和吸收體能夠在多波長(zhǎng)光纖激光器中工作，并且對(duì)兩個(gè)波長(zhǎng)脈沖的吸收效果相同，與濾波器無(wú)關(guān)。
　　其次，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了基于多層石墨烯(22層)的調(diào)Q鎖模光纖激光器。通過(guò)非線性測(cè)量，獲得了CVD方法制備的多層石墨烯樣品的非線性參數(shù)，其調(diào)制深度達(dá)40％?；谠撌┛娠柡臀阵w，實(shí)驗(yàn)獲得了最小的脈沖包絡(luò)寬度為

5、13.84μs和主脈沖最大峰值功率為35.89W的調(diào)Q鎖模脈沖，并通過(guò)調(diào)Q不穩(wěn)定性理論分析了調(diào)Q鎖模光纖激光器的工作特性。
　　第三，實(shí)現(xiàn)了無(wú)襯底、反射型的石墨烯調(diào)Q光纖激光器。傳統(tǒng)的石墨烯可飽和吸收體需要襯底才方便引入激光器中工作。我們通過(guò)CVD方法，制備得到了無(wú)襯底的多層石墨烯樣品，并基于非線性測(cè)量方法，獲得了石墨烯可飽和吸收體反射器的調(diào)制深度為0.5％，飽和功率密度為351W/cm2。將該石墨烯反射器熔接到摻鉺光纖激光器中，

6、實(shí)驗(yàn)得到了重復(fù)率22kHz、脈沖寬度11μs、單脈沖能量23nJ、中心波長(zhǎng)1530nm的穩(wěn)定調(diào)Q脈沖。研究結(jié)果不僅豐富了人們對(duì)石墨烯非線性光學(xué)特性的認(rèn)識(shí)，而且拓展了石墨烯可飽和吸收體在脈沖光纖激光器中的應(yīng)用。
　　第四，實(shí)現(xiàn)了低重復(fù)率石墨烯鎖模光纖激光器。研究了基于石墨烯可飽和吸收體的長(zhǎng)腔型鎖模光纖激光器，觀察到了單脈沖類(lèi)噪聲鎖模態(tài)、雙脈沖類(lèi)噪聲鎖模態(tài)和泵浦滯后現(xiàn)象。單個(gè)類(lèi)噪聲脈沖能量達(dá)到5.9nJ，大于一般負(fù)色散孤子的脈沖能量。