納米材料大能量近紅外及紅光被動調(diào)Q光纖激光器的研究.pdf

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為光纖激光器中實現(xiàn)脈沖操作的常見技術(shù)。鎖模技術(shù)對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，對比之下，調(diào)Q技術(shù)的要求較低，往往更易實現(xiàn)。近年來，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)時間和獨特的超寬帶可飽和吸收特性等優(yōu)點

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和使用過程中常會引入低損傷閾值的聚合物，這使得新型納米材料被動調(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調(diào)Q激光器輸出的平均功率通常僅為幾個毫瓦，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光領(lǐng)域，但卻未有可見光波段納米材料被動調(diào)Q光纖激光器的報道。本論文從全光纖

3、石墨烯被動調(diào)Q激光器的脈沖輸出性能和納米材料在可見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調(diào)Q激光器和基于各種納米材料的紅光被動調(diào)Q光纖激光器，取得了如下研究成果:
　　1.設(shè)計了大增益、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)。通過該腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計，獲得了單脈沖能量最大可為1.28μJ的全光纖石墨烯被動調(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調(diào)Q

4、雙包層摻鐿光纖(YDF)激光器。實驗結(jié)果表明，該腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計極大改善了全光纖石墨烯被動調(diào)Q激光器的脈沖輸出性能，將其單脈沖能量從nJ量級提升到了μJ量級。
　　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和波長可調(diào)范圍從1530.92 nm到1546.97nm的全光纖石墨烯被動調(diào)Q EYDF激光器。更進一步通過共用石墨烯調(diào)Q器將YDF和EYD

5、F激光器腔體連接起來，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。實驗結(jié)果表明，石墨烯確實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光光纖型反射鏡，構(gòu)建緊湊的可見光光纖激光器。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％。借助光纖反射鏡對不同波長的反射率差，補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）雙波長光纖激光器
　　4.首次實現(xiàn)了納米材料在紅光光纖激光器中的被動調(diào)Q操作。如，首次實現(xiàn)了硫化鎢在紅光光纖激光器中的被動調(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;首次實現(xiàn)了黑磷被動調(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調(diào)Q脈沖，其脈沖重復(fù)頻率可調(diào)范圍從285.7 k