【摘要】：多波長鎖模光纖激光器由于在許多領(lǐng)域,如光通信、光纖傳感、生物醫(yī)學(xué)研究、激光雷達(dá)和非線性光學(xué)等有著十分重要的應(yīng)用價(jià)值而成為研究熱點(diǎn)。目前,實(shí)現(xiàn)多波長鎖模光纖激光器的方式有主動(dòng)鎖模和被動(dòng)鎖模兩種。主動(dòng)鎖模通常需要聲光或電光調(diào)制器,使得激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因而不易實(shí)現(xiàn)小型化;并且獲得的脈沖寬度一般為皮秒量級。與主動(dòng)方案相比,被動(dòng)鎖模具有更多優(yōu)點(diǎn),例如結(jié)構(gòu)簡單、輸出脈寬更窄以及穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),從而得到廣泛研究和應(yīng)用�？娠柡臀阵w是被動(dòng)鎖模光纖激光器的核心器件之一。目前,我們常采用半導(dǎo)體可飽和吸收鏡作為可飽和吸收體。不過,它需要輸出透鏡將泵浦光耦合進(jìn)光纖中,使得光纖激光器的結(jié)構(gòu)變得很復(fù)雜且腔內(nèi)損耗較大。因此,亟需探索新型的可飽和吸收體。近年來,拓?fù)浣^緣體和二維硫化物由于具有巨大的非線性折射率、高的調(diào)制深度、低的飽和吸收閾值而引起物理、化學(xué)和材料領(lǐng)域研究人員的極大關(guān)注。目前,研究人員主要側(cè)重于研究單波長鎖模脈沖,而利用這些二維材料同時(shí)具有的高非線性來產(chǎn)生多波長鎖模脈沖卻鮮有涉入。同時(shí),多波長鎖模光纖激光器的機(jī)理和理論模型有待建立和完善,該激光器也是研究脈沖傳輸以及非線性動(dòng)力學(xué)演化的理想平臺(tái)。在本文中,我們利用拓?fù)浣^緣體和二維硫化物的雙重功能,即飽和吸收和高非線性,構(gòu)建了一種多波長鎖模光纖激光器,并深入分析了多波長鎖模脈沖的形成機(jī)理和演化規(guī)律。主要內(nèi)容如下:首先,我們從理論上分析了多波長鎖模脈沖的形成機(jī)理及影響因素。多波長鎖模脈沖的形成源于拓?fù)浣^緣體和二維硫化物的飽和吸收和高非線性及腔內(nèi)單模光纖的雙折射和偏振控制器的偏振相關(guān)損耗相結(jié)合所產(chǎn)生的濾波效應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)上,我們利用拓?fù)浣^緣體Bi2Se3聚乙烯醇溶液和薄膜分別實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧三波長鎖模和四波長鎖模光纖激光激光器。其次,我們利用拓?fù)浣^緣體聚合物薄膜作為鎖模器件,獲得了兩種高脈沖能量的納秒脈沖并分析了它們的形成機(jī)理。第一種為雙波長矩形脈沖,其脈沖寬度隨泵浦功率的增加在13.62 ns~25.16 ns之間可調(diào),相應(yīng)的脈沖能量為0.593 nJ~2.824 n J,這遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)孤子的脈沖能量(小于0.1 nJ)。實(shí)驗(yàn)上,除了基頻運(yùn)轉(zhuǎn),我們還實(shí)現(xiàn)了雙波長矩形脈沖的諧波鎖模。另一種為雙波長混合類臺(tái)階-暗孤子脈沖。再次,我們利用拓?fù)浣^緣體聚合物薄膜作為鎖模器件,在摻鉺光纖激光器的近零色散區(qū)首次實(shí)現(xiàn)了雙波長亮-暗孤子對的基頻和高次諧波運(yùn)轉(zhuǎn),并分析了它們的形成機(jī)理和演化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)上,獲得雙波長亮-暗孤子對的最高重復(fù)頻率為433.8 MHz,對應(yīng)于280次諧波。進(jìn)而,我們在基于拓?fù)浣^緣體的光纖激光器中,首次實(shí)現(xiàn)了雙波長的暗孤子脈沖。此外,我們還分析了腔內(nèi)色散對雙波長亮-暗孤子對脈沖形狀和脈沖寬度的影響。最后,我們利用基于二硫化鎢光纖拉錐體作為鎖模器件,在摻鉺光纖激光器的負(fù)色散區(qū),首次實(shí)現(xiàn)了雙波長飛秒孤子以及“凹形邊帶”孤子,并分析了它們的形成機(jī)理和演化規(guī)律。利用耦合非線性薛定諤方程,還分析了單波長飛秒脈沖在單模光纖中的傳輸規(guī)律。研究表明,光纖激光器中雙波長孤子的形成由腔內(nèi)色散、雙折射、高非線性和飽和吸收共同決定;而“凹形邊帶”孤子的形成可歸因于參量過程的四波混頻。對于單波長孤子,我們獲得迄今已報(bào)道的最大譜寬和最小脈寬分別為11.48 nm和220 fs。同時(shí),首次獲得了雙波長飛秒孤子,其譜寬為~4.2 nm和~4.4 nm,對應(yīng)的脈寬分別為~605 fs和~585 fs。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN248

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