基于二維原子晶體的被動調Q光纖激光器研究.pdf

1、被動調Q光纖激光器由于其高光束質量、高穩(wěn)定性、高能量、系統(tǒng)簡單等優(yōu)點，在光通信、光傳感、生物診斷、工業(yè)加工、國防等領域有廣泛的應用。
　　可飽和吸收體是被動調Q光纖激光器中的關鍵器件，它要求非線性材料具有大的工作帶寬、快的響應和低的損耗。目前，半導體可飽和吸收鏡（SESAM)是應用最為廣泛的可飽和吸收體，其調制深度、飽和通量等參數可以精確控制，但是其制作工藝復雜，價格昂貴，而且工作波長范圍較窄。隨著新材料技術的發(fā)展，碳納米管獨特的

2、光電和非線性光學性質引起研究人員的廣泛關注。但是研究發(fā)現，其調制深度較小，損傷閾值低，并且其帶隙大小由其直徑和手性決定，需通過精確地調控管徑分布以獲得所需波段的可飽和吸收。二維原子晶體材料作為一類嶄新的材料，它們具有獨特的電學、光學、機械特性和非線性光學特性，其在光纖激光器中作為可飽和吸收體，在脈沖激光產生方面具有優(yōu)異的特性。
　　二維原子晶體材料是指以石墨烯為代表的單原子層及少數原子層厚度的晶體材料。本論文基于石墨烯和拓撲絕緣體

3、材料可飽和吸收體，研究其非線性光學特性及其在被動調Q激光產生方面的應用。具體的研究成果總結如下：
　　第一，基于石墨烯可飽和吸收體和級聯的Bragg光纖光柵，實現了波長間距為0.8 n m的雙波長被動調Q摻Er光纖激光輸出。通過調節(jié)偏振控制器，可以實現1542.9 n m和1543.7 n m單波長的調Q激光輸出。這種方法為實現窄波長間距的脈沖激光光源提供了一種簡易方法。其中，級聯光纖光柵易于實現波長擴展，而石墨烯的高非線性有益于

4、獲得穩(wěn)定的多波長激光輸出。
　　第二，基于拓撲絕緣體可飽和吸收體，實驗獲得了百納秒量級的被動調Q光纖激光輸出。通過縮短諧振腔長度，并優(yōu)化制備拓撲絕緣體可飽和吸收體，實驗獲得了最小脈沖寬度為217.6 ns，重復頻率177.7 kHz，平均功率1.33 m W的調Q激光輸出。這是迄今文獻報道基于拓撲絕緣體材料獲得的最短調Q脈沖激光輸出。
　　第三，基于倏逝波耦合機制，實現了全光纖的拓撲絕緣體被動調Q光纖激光器激光輸出。通過優(yōu)化

5、拉錐光纖參數，結合光學沉積方法，制備獲得了基于倏逝波耦合機制的飽和吸收器件。非線性光學測量結果表明該飽和吸收器件具有優(yōu)異的非線性吸收性能。通過將該飽和吸收器件集成到光纖激光諧振腔中，獲得了波長1543.2 n m,重頻在2.6 k Hz?12 k Hz之間變化，脈沖寬度在50 p?9 p之間變化的調Q激光輸出。
　　第四，基于拓撲絕緣體可飽和吸收體，實現了窄線寬的調Q光纖激光輸出。通過優(yōu)化線性諧振腔結構和拓撲絕緣體可飽和吸收體的非