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基于新型可饱和吸收体的光纤激光器研究

【摘要】:短脉冲光纤激光器具有脉冲能量大、峰值功率高等优点,自诞生之日起,便迅速得到各研究及应用领域的青睐,在激光微加工、微创手术、太赫兹波产生、光学成像及超连续光谱产生等方面有广泛的应用。近年来,出现了许多新型二维材料如石墨烯(Graphene)、硅烯(Silicene)、锑烯(Antimonene)、过渡金属硫化物(二硫化钼(MoS_2)、二硫化钨(WS_2)、二硫化锆(ZrS_2))等,它们具有响应时间快、光学损耗小、非线性效应强及吸收波长范围宽等优异的光调制特性,且成本低、易于合成,因此被广泛应用于脉冲激光领域。基于以上研究背景,本论文对基于新型二维材料可饱和吸收体(SA)的脉冲光纤激光器展开了研究。用液相剥离法制备了WS_2、ZrS_2以及Silicene纳米片,利用三种纳米材料的可饱和吸收特性,在光纤激光器中分别实现了稳定的脉冲运转,并对实验结果进行分析和讨论。具体研究内容如下:1.研究了基于WS_2-SA的脉冲光纤激光器。利用制备良好的WS_2-SA分别在掺铒光纤激光器与掺镱光纤激光器中实现了脉冲运转。(1)搭建了基于WS_2-SA的1.5μm调Q光纤激光器,激光器的重频范围为41.6 kHz-66.6 kHz,最窄脉冲宽度1.4μs,最大单脉冲能量为298.6 nJ。(2)搭建了基于WS_2-SA的1.5μm锁模光纤激光器,得到的锁模脉冲基频为1.698 MHz,通过调节谐振腔的偏振态,实现了其高重频锁模输出,包括2次谐波锁模(FWHM=3.39 MHz)和214次谐波锁模(FWHM=363.3 MHz)。(3)将WS_2可饱和吸收特性的应用扩展到1.12μm波段,首次得到基于WS_2-SA的1120nm调Q掺镱光纤激光器,脉冲重频范围为35.6 kHz-61.0 kHz,最窄脉冲宽度为5.29μs。2.研究了基于ZrS_2-SA的脉冲光纤激光器。利用制备良好的ZrS_2-SA在掺铒光纤激光器中实现了调Q运转。激光器的重频范围为40.65 kHz-86.2 kHz,最大单脉冲能量为34.7 nJ。该光纤激光器输出的最窄脉冲宽度为1.49μs,这是迄今为止基于ZrS_2-SA的光纤激光器实现的最窄脉宽。3.研究了基于Silicene-SA的脉冲光纤激光器。利用制备良好的Silicene-SA在掺铒光纤激光器中实现了调Q运转。当泵浦功率为165 mW时,激光器中心波长在1567nm,获得最窄脉宽为2.32μs,最大输出功率为5.46 mW。激光脉冲的输出稳定,证明了Silicene具有良好的可饱和吸收性能。4.对基于非线性偏振效应的掺铒光纤激光器产生的亮暗孤子对锁模脉冲进行了实验研究。当泵浦功率达到220 mW时亮暗孤子对脉冲稳定输出。孤子对的振幅与入射光强度成反比,且孤子的形状对系统偏振状态的变化很敏感。

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