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)簡單等特點，在光通信、生物診斷、材料加工、國防等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用?？娠柡臀阵w是被動鎖模及調(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，其價格昂貴、制作工藝復(fù)雜，而且工作波長范圍較窄。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。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、低的飽和強度、短的恢復(fù)時間、大的調(diào)制深度和波長可調(diào)諧等優(yōu)點，有利于激光器在高功率、長時間情況下穩(wěn)定的運轉(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力學(xué)機制，對發(fā)展寬帶、穩(wěn)定、緊湊的脈沖激光光源具有重要意義

3、和實用價值。具體的研究成果總結(jié)如下:
　　首先，實驗實現(xiàn)了可調(diào)諧、雙波長、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)諧雙波長同步調(diào)Q光纖激光器。通過調(diào)節(jié)偏振控制器，得到了波長間隔為25.6nm的雙波長調(diào)Q脈沖和波長間隔為5.7nm的雙波長調(diào)Q脈沖。將輸出的脈沖用一個1-nm的帶通濾波器濾波后，發(fā)現(xiàn)這兩種雙波長調(diào)Q脈沖的單個波長脈沖是時間同步的。另外，調(diào)節(jié)偏振控制器，不管兩個波長的相對位置還是絕對位置（在光譜上）的變

4、化，雙波長同步調(diào)Q激光器的性能都不會變化。將諧振腔中雙折射濾波器改成馬赫—曾德爾濾波器，可以得到重復(fù)率相近的雙波長同步調(diào)Q脈沖。石墨烯可飽和吸收體能夠在多波長光纖激光器中工作，并且對兩個波長脈沖的吸收效果相同，與濾波器無關(guān)。
　　其次，實驗實現(xiàn)了基于多層石墨烯(22層)的調(diào)Q鎖模光纖激光器。通過非線性測量，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40％?；谠撌┛娠柡臀阵w，實驗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，實現(xiàn)了無襯底、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CVD方法，制備得到了無襯底的多層石墨烯樣品，并基于非線性測量方法，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、實驗得到了重復(fù)率22kHz、脈沖寬度11μs、單脈沖能量23nJ、中心波長1530nm的穩(wěn)定調(diào)Q脈沖。研究結(jié)果不僅豐富了人們對石墨烯非線性光學(xué)特性的認識，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腔型鎖模光纖激光器，觀察到了單脈沖類噪聲鎖模態(tài)、雙脈沖類噪聲鎖模態(tài)和泵浦滯后現(xiàn)象。單個類噪聲脈沖能量達到5.9nJ，大于一般負色散孤子的脈沖能量。