【摘要】：產(chǎn)生皮秒或飛秒脈沖的超快光纖激光器不僅具備良好的光束質(zhì)量,還具有極好的柔性與靈活性、可設(shè)計性、易于系統(tǒng)集成等優(yōu)點。在過去的十幾年里,在光通訊、光傳感、激光醫(yī)療、工業(yè)加工以及基礎(chǔ)學(xué)科研究等領(lǐng)域,超快光纖激光器受到了廣泛的關(guān)注。獲得超短脈沖的主要方法之一是被動鎖模技術(shù),其中的關(guān)鍵是在激光腔內(nèi)引入可飽和吸收體(Saturable Absorber,SA)。當(dāng)前市場上應(yīng)用最廣泛的可飽和吸收體為半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(Semiconductor Saturable Absorption Mirrors,SESAM)。然而,其價格昂貴、制作復(fù)雜、響應(yīng)波長范圍窄,使得研究者和技術(shù)人員進一步尋求具備寬波段響應(yīng)、高調(diào)制深度、低損耗、高熱損傷閾值、高穩(wěn)定性特點的可飽和吸收體,來實現(xiàn)光纖激光器的優(yōu)化與革新。黑磷(Black Phosphorus,BP)等二維材料因其優(yōu)良的可飽和吸收特性,已成功應(yīng)用于鎖模光纖激光器,成為被廣泛關(guān)注的一個前沿方向。而黑磷本身易氧化不穩(wěn)定的問題嚴重阻礙了其實際應(yīng)用。本論文在系統(tǒng)研究二維材料鎖模光纖激光器的基礎(chǔ)上,著重針對這一瓶頸問題提出了對策和解決方案。對二維材料鎖模的超快光纖激光器進行了理論分析和實驗研究,詳細介紹了基于黑磷和過渡金屬硫化物可飽和吸收體的制備、表征、轉(zhuǎn)移、非線性光學(xué)特性及其在超快激光中的應(yīng)用。首先,分別搭建了基于黑磷納米片和黑磷量子點(Black Phosphorus Quantum Dots,BPQDs)聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)薄膜的可飽和吸收體鎖模光纖激光器。利用液相剝離法制備出黑磷納米片,并且對黑磷納米片的尺寸、形貌進行了表征分析。隨后用光沉積法制作了基于此材料的可飽和吸收器件,并應(yīng)用于工作在通信波段的光纖激光器,獲得了超快激光的輸出;此外,為解決黑磷材料在空氣中不穩(wěn)定、易氧化問題,本論文采用靜電紡絲技術(shù),將BPQDs包覆在PMMA納米纖維薄膜中,制成透光率高、質(zhì)地均勻的BPQDs/PMMA復(fù)合納米纖維薄膜。我們將BPQDs/PMMA復(fù)合納米纖維薄膜作為可飽和吸收體應(yīng)用于被動鎖模光纖激光器中,獲得了中心波長為1567.6nm,脈寬為1.07 ps的超短脈沖,證明了這種復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的非線性飽和吸收特性。并且,材料放置了三個月之后仍可以實現(xiàn)鎖模。充分驗證了這種制備方法很大程度上克服了黑磷的氧化問題,從而提高了光纖激光器的穩(wěn)定性。其次,本文采用礦化劑輔助氣相相變法生長硒摻雜黑磷晶體。這種方法成本低、產(chǎn)出高、元素摻雜可控,且為實現(xiàn)黑磷光電性能的調(diào)控提供了有效途徑。繼而我們用液相剝離法得到了厚度約4 nm的硒摻雜黑磷納米片。在此基礎(chǔ)上,探索了摻雜后的黑磷光生載流子及傳輸性質(zhì)。證明了硒摻雜黑磷納米片比黑磷納米片本身更容易達到飽和光強,且表現(xiàn)出優(yōu)于黑磷本身的光學(xué)穩(wěn)定性�；谇捌诘臏y試結(jié)果,我們用這種納米片制成可飽和吸收體分別在負色散、近零色散區(qū)的光纖激光器中實現(xiàn)了鎖模脈沖的穩(wěn)定輸出。最后,本論文首次系統(tǒng)的研究了基于類黑磷材料二硫化鈦(Titanium Sulfide,TiS_2)的可飽和吸收特性。采用熱注入的膠體合成方法制備出均勻六邊形分布、高純度的二硫化鈦納米片,這種合成方法可以有效地調(diào)控材料的厚度和尺寸,以滿足不同的實驗需求。在Z掃描系統(tǒng)中測量了材料的非線性可飽和吸收參量,證實了TiS_2具備從可見到中紅外波段的可飽和吸收體特性。利用這一特性,我們制備了基于TiS_2納米片的可飽和吸收器件。在光纖激光器中實現(xiàn)了中心波長為1569.5 nm,脈寬為1.04 ps的鎖模輸出,并在全光閾值系統(tǒng)中將脈沖的信噪比由1.9 dB優(yōu)化至10.68 dB。結(jié)合TiS_2本身的電學(xué)優(yōu)勢,我們的工作為TiS_2在光電器件方面的應(yīng)用拓展了空間。
【圖文】：

可飽和吸收技術(shù)的發(fā)展過程

鎖模光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN248

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 劉雪明;毛東;王擂然;;耗散孤子光纖激光器的研究進展和應(yīng)用[J];科學(xué)通報;2012年32期

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本文編號：2691830