基于二維原子晶體的脈沖光纖激光器研究.pdf

1、脈沖光纖激光器主要涵蓋兩種技術(shù):調(diào)Q技術(shù)和鎖模技術(shù)。主動調(diào)Q或者鎖模因為需要引入額外的調(diào)制器件而受到限制，而被動調(diào)Q及鎖模光纖激光器卻無此限制，具有結(jié)構(gòu)緊湊、光束質(zhì)量高、系統(tǒng)簡單、維護成本低等優(yōu)點，在光通信、光傳感、工業(yè)加工、光電對抗等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。對于被動調(diào)Q及鎖模光纖激光器，可飽和吸收體為其核心元器件。最初，染料作為第一代可飽和吸收體已經(jīng)成功用于釹玻璃等激光器的被動鎖模。隨著半導(dǎo)體工藝提高，半導(dǎo)體可飽和吸收鏡成功應(yīng)用于脈沖光纖激

2、光器中，大大促進了超快激光器向高功率、高效率、緊湊的終極目標(biāo)發(fā)展。但是，半導(dǎo)體可飽和吸收鏡制備工藝復(fù)雜、造價高、工作帶寬窄，所以研究人員一直在尋找性能更加優(yōu)越的可飽和吸收體。隨著新材料技術(shù)的發(fā)展，納米材料可飽和吸收體引起研究人員的廣泛關(guān)注。其中，最具代表的為碳納米管，其具有優(yōu)異的非線性吸收特性，已成功用于脈沖光纖激光器，但是他的調(diào)制深度較小，損傷閾值低，需通過精確地調(diào)控管徑才能獲得所需波段的可飽和吸收。近幾年，二維原子晶體材料，譬如石墨

3、烯，拓?fù)浣^緣體等，因其獨特的光學(xué)和非線性光學(xué)特性引起超快激光領(lǐng)域科研人員的關(guān)注。本文基于兩種典型的二維原子晶體:石墨烯和拓?fù)浣^緣體，系統(tǒng)研究了石墨烯和拓?fù)浣^緣體的制備、轉(zhuǎn)移及其在調(diào)Q和鎖模光纖激光器中的應(yīng)用，取得了以下幾項研究成果:
　　(1)提出了一種簡單的能提高石墨烯轉(zhuǎn)移質(zhì)量的方法，并通過材料表征和鎖模激光器中的應(yīng)用進行了驗證。實驗發(fā)現(xiàn)石墨烯的轉(zhuǎn)移質(zhì)量可以通過對目標(biāo)基底超聲處理來提高。通過對其原子力顯微鏡和拉曼光譜的對比，轉(zhuǎn)移

4、至經(jīng)超聲處理的基底的石墨烯擁有更少的褶皺和缺陷。將石墨烯轉(zhuǎn)移至超聲處理過的光纖頭，并熔接至光纖激光器中，可以得到更佳性能的鎖模輸出。這種改進的石墨烯轉(zhuǎn)移技術(shù)在制備其他光電子器件，譬如光調(diào)制器、光電探測器、起偏器等，能大大提高其性能。其次，提出一個在相同激光腔條件下研究不同層石墨烯對脈沖參數(shù)的影響的方法，即引入空間耦合組件。實驗發(fā)現(xiàn)，脈沖參數(shù)（脈沖能量，中心波長和脈沖持續(xù)時間）敏感的依賴于可飽和吸收體的參數(shù)。
　　(2)首次實現(xiàn)了基

5、于拓?fù)浣^緣體的被動鎖模光纖激光器。對于拓?fù)浣^緣體:碲化鉍，實驗研究了其非線性吸收特性并獲得了其飽和吸收參數(shù)，隨之在通信波段實現(xiàn)了超短鎖模脈沖輸出。對于另外一種拓?fù)浣^緣體:硒化鉍，基于開孔Z掃描技術(shù)，實驗證明了硒化鉍具有可飽和吸收特性，并利用其在通信波段實現(xiàn)了鎖模脈沖輸出，并且中心波長可調(diào)諧。結(jié)果表明，拓?fù)浣^緣體除了擁有奇異的電學(xué)特性外，也展現(xiàn)出引人注目的光學(xué)特性，特別是在超快激光領(lǐng)域。
　　(3)首次實現(xiàn)了基于拓?fù)浣^緣體的被動調(diào)Q

6、光纖激光器。對于拓?fù)浣^緣體:硒化鉍，利用懸涂/蒸發(fā)法制備了自組裝硒化鉍薄膜，在通信波段使用平衡雙探頭技術(shù)表征了器件的飽和吸收參數(shù)，并利用其實現(xiàn)了穩(wěn)定的調(diào)Q脈沖輸出。通過改變腔內(nèi)雙折射實現(xiàn)了波長調(diào)諧，并得到雙波長調(diào)Q輸出。對于拓?fù)浣^緣體:碲化鉍，基于光學(xué)沉積方法制備了碲化鉍可飽和吸收器件，將其引入全光纖的線性腔摻鉺光纖激光器中，得到了穩(wěn)定的調(diào)Q輸出。實驗結(jié)果表明拓?fù)浣^緣體亦是優(yōu)良的調(diào)Q器件。
　　(4)基于拓?fù)浣^緣體可飽和吸收體，實

7、驗獲得了大能量、中心波長超寬帶可調(diào)諧的被動調(diào)Q光纖激光輸出。拓?fù)浣^緣體可飽和吸收體通過光沉積方法制備，并利用波長可調(diào)諧脈沖源得到了其不同波長處的飽和吸收參數(shù)。實驗中，拓?fù)浣^緣體高的調(diào)制深度和損傷閾值使激光器輸出的最高單脈沖能量達1.5μJ，其寬帶可飽和吸收特性使激光器中心波長能從1510.9到1589.1nm寬帶調(diào)諧。研究表明拓?fù)浣^緣體在大能量，寬調(diào)諧激光器領(lǐng)域有著巨大的潛力。
　　(5)實驗研究了拓?fù)浣^緣體鎖模光纖激光器中的孤子