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1120nm掺镱光纤激光器研究

【摘要】:光纤激光器较固体激光器具有效率高、光束质量好以及结构简单紧凑等优点,在工业、医疗、科研、国防等诸多领域具有极为广泛的应用,其发展和应用备受关注,数十年来关于光纤激光器的研究一直热度不减。高功率窄线宽的1120 nm掺镱光纤激光器可以作为1178 nm拉曼光纤激光器的抽运源,进而通过倍频获得589 nm黄光激光,在天文上用做激光钠导星。黄光激光还可应用于激光医疗、激光光谱分析、生物医学、大气测量等领域。相较于连续激光,短脉冲1120 nm激光因其具有高峰值功率特性,一方面更易于实现1120-1178 nm拉曼频移,降低对连续光1120 nm光纤激光器的功率水平的要求,另一方面,可用于研究光纤激光器中受激拉曼散射和受激布里渊散射发生的过程和机理,为提高1178 nm拉曼光纤放大器的转换效率提供理论依据。本论文围绕1120 nm掺镱光纤激光器展开实验研究,主要工作分为连续运转1120nm光纤激光器与短脉冲运转1120 nm光纤激光器两部分,内容包括:(1)对连续运转高功率1120 nm光纤激光器进行了系统研究。首先利用双包层保偏掺镱光纤、保偏光纤布拉格光栅对构建了全保偏线型腔,采用包层泵浦技术,实现了线偏振、窄线宽、高功率1120 nm掺镱光纤激光器。实验结果显示,激光器输出中心波长为1118.7 nm,激光线宽为0.08 nm,激光增益大于60 dB;当输入泵浦功率为23.09 W时,激光器输出功率为14.67 W,对应光-光转换效率为63.5%;1120 nm激光的偏振消光比平均值为19.8 dB。接着将上述实验中的保偏光纤布拉格光栅对进行快慢轴平行熔接,实现了1120 nm双波长可切换光纤激光器。在双波长运转模式,两个振荡激光波长分别为1118.912 nm和1119.152 nm,波长间隔为0.24 nm,信噪比(SNR)为35 dB。当输入泵浦功率为24 W时,最大输出功率为14.67 W,对应的光-光转换效率为61.1%。在单波长运转模式下,两个波长的平均偏振消光比(PER)分别为20.3 dB和19.9 dB。该双波长运转的高功率光纤激光器可以用于产生微波。(2)对短脉冲运转1120 nm光纤激光器进行了系统研究。(1)基于硅烯的饱和吸收特性,研究了其在脉冲1120 nm光纤激光器中的应用。首先利用液相剥离法制备硅烯纳米片,并对其进行材料表征及光学特性测试,利用硅烯(Silicene)和聚乙烯醇(PVA)制备硅烯可饱和吸收体(Silicene-SA),搭建了被动调Q掺镱光纤激光器。当泵浦功率为216 mW时,中心波长为1120.36 nm,3 dB带宽为0.08 nm,脉宽为1.87μs,脉冲输出稳定,充分证明了Silicene具有良好的可饱和吸收特性,可应用于实现短脉冲运转。(2)基于二硫化钼的饱和吸收特性,实现了线型腔1120 nm掺镱光纤激光器的调Q运转。对二硫化钼纳米片进行表征及光学特性测试,并利用二硫化钼(MoS_2)和PVA制备二硫化钼可饱和吸收体(MoS_2-SA),将其应用于线性谐振腔中,实现了1120 nm波段微秒被动调Q脉冲输出。当泵浦功率为300 mW时,输出激光脉宽为1.71μs。这是首次将MoS_2-SA运用于线型腔1120 nm掺镱光纤激光器获得调Q运转,所制备的MoS_2-SA具有良好的饱和吸收特性,系统运行稳定性良好。

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