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基于新型二维材料掺镱调Q光纤激光器的研究

【摘要】:脉冲光纤激光器因其窄脉冲宽度、高脉冲能量和峰值功率的特性在生物医药,材料加工、信息通讯等领域被广泛应用。调Q技术和锁模技术都是实现脉冲激光输出的方法。激光器调Q技术主要包括主动调Q、被动调Q以及主被动混合调Q。被动调Q相较于主动调Q以及主被动混合调Q而言,因腔内不需要加入任何有源调制器件,因此腔体具有结构简单,易实现全光纤集成的优势。被动调Q方法主要分为两类,一类是在激光腔内插入可饱和吸收体实现脉冲激光输出,另一类是使用非线性光学器件(非线性偏振旋转技术,非线性光纤环形镜)作为等效可饱和吸收体实现脉冲输出。基于被动可饱和吸收体调Q光纤激光器因其成本低廉,效率高等优良的特性备受人们的青睐。研究者投入大量的人力物力研发具有优异非线性光学特性的新型可饱和吸收器件,并取得了显著的成果,新型的可饱和吸收材料(如石墨烯、过渡金属硫化物、拓扑绝缘体、黑磷等)相继被发现并制备成可饱和吸收器件插入激光腔内实现调Q和锁模脉冲输出,新的可饱和吸收器件制备方法被提出并不断的改进。但这些可饱和吸收器件都存在各自的缺陷限制其广泛的应用。研发具有优异工作性能的可饱和吸收体具有巨大的实用价值和理论意义。本文主要研究了新型二维材料(黑磷、ReS2)在1μm波段的可饱和吸收特性,并搭建了基于可饱和吸收体的掺镱环形光纤激光器中实现调Q脉冲输出。1.通过机械剥离法制备了黑磷纳米片,用Raman光谱和AFM对分散在PDMS膜上的黑磷纳米片进行表征。制备了PDMS膜/黑磷纳米片/拉锥光纤/黑磷纳米片/PDMS膜“三明治”结构的可饱和吸收器件,使用P-scan技术研究了可饱和吸收器件在1064 nm波段的可饱和吸收特性。将黑磷可饱和吸收体插入掺镱环形光纤激光器,改变泵浦功率以及通过偏振控制器优化激光的偏振方向,实现了重复频率范围为26-76 kHz,脉冲宽度范围为5.5-2.0μs的调Q脉冲光纤激光输出。因为激光器通过激光倏逝场与黑磷纳米片相互作用实现调Q脉冲输出,可饱和吸收器件具有较高的光损伤阈值(32 mW),且因其特殊的结构,黑磷可饱和吸收器件具有较高的稳定性,能在几个月的时间内,保持良好的工作性能。2.制备了ReS2的纳米片,将纳米片转移到FC/PC的跳线端面,通过法兰将一段FC/PC的跳线与端面转移ReS2纳米片的跳线对接起来,得到了ReS2可饱和吸收体。通过Raman光谱和AFM对材料厚度进行表征,通过P-scan技术测量了ReS2可饱和吸收体在1μm波段的可饱和吸收特性,ReS2可饱和吸收体具有较高的调制深度。首次将搭建了基于ReS2可饱和吸收体掺镱光纤激光器,实现调Q脉冲输出,激光器输出脉冲宽度范围为3.32μs-1.56μs,重频的变化范围为52 kHz-134 kHz,输出最大脉冲能量和峰值功率分别为13.02 nJ和8.13 mW。

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