脈沖光纖激光器具有泵浦閾值低、峰值功率高、單脈沖能量大、輸出光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高、散熱效果好等顯著優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于光通信、光纖傳感、材料加工、生物醫(yī)學(xué)、光學(xué)測(cè)量等重要領(lǐng)域。利用可飽和吸收體(SA)的飽和吸收效應(yīng),可以實(shí)現(xiàn)調(diào)Q、鎖�；蛑C波鎖模脈沖激光輸出;利用飽和吸收體的高非線性,經(jīng)非線性效應(yīng)過程,可以形成多波長(zhǎng)輸出。因此,在光纖激光器中應(yīng)用飽和吸收體是一種實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)脈沖的有效方式,引起了廣泛的關(guān)注,成為研究的熱點(diǎn)。近年來,各種二維材料,如:碳納米管、石墨烯、金納米材料、拓?fù)浣^緣體、片層金屬硫化物、過渡金屬硫化物和黑磷等,相繼被用作飽和吸收體,實(shí)現(xiàn)被動(dòng)調(diào)Q、鎖模和諧波鎖模等脈沖激光輸出。金納米可以通過調(diào)節(jié)分子的尺寸、形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等,使局域表面等離子共振峰從可見光調(diào)節(jié)到近紅外區(qū)域,因而具有較寬的吸收帶。片層金屬硫化物最顯著的特點(diǎn)是單片層結(jié)構(gòu)具有直接帶隙,少層或多層結(jié)構(gòu)具有間接帶隙,可以通過改變片層數(shù)調(diào)節(jié)帶隙大小。因此,近年來金納米和片層金屬硫化物被廣泛研究和應(yīng)用,但是將其作為飽和吸收體在光纖激光器中實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)輸出和諧波鎖模操作的研究還很缺乏。本文中,我們利用金納米籠(GNCs)實(shí)現(xiàn)了雙波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)Q工作狀態(tài),利用二硒化錫(SnSe2)實(shí)現(xiàn)了雙波長(zhǎng)鎖模、雙波長(zhǎng)低階諧波鎖模和單波長(zhǎng)高階諧波鎖模脈沖輸出。并深入分析了調(diào)Q、鎖模、諧波鎖模和多波長(zhǎng)工作方式的形成機(jī)理和演化規(guī)律。本論文的研究工作主要分為以下幾個(gè)方面:1.利用品種法成功制備金納米籠,并以聚乙烯醇(PVA)為基質(zhì)集成光纖兼容的飽和吸收體,首次實(shí)現(xiàn)了雙波長(zhǎng)被動(dòng)調(diào)Q摻鐿光纖激光脈沖輸出。并用開口Z掃描技術(shù)測(cè)得GNCs-PVA飽和吸收體的調(diào)制深度和飽和光強(qiáng)分別為5.3%和0.16 MW/cm2。我們分析討論了雙波長(zhǎng)調(diào)Q脈沖的形成機(jī)理,并測(cè)得其峰值波長(zhǎng)分別為1059.9 nm和1060.5 nm。當(dāng)泵浦功率為385 mW時(shí),獲得6.03 mW的最大平均輸出功率,對(duì)應(yīng)的最小脈寬為2.06 μs,最大脈沖重復(fù)率為134.9 kHz,光-光轉(zhuǎn)化效率和斜率效率分別為1.57%和2.75%。2.利用液相剝離法制備單片層的SnSe2納米片,并以PVA為基質(zhì)材料,用三明治法集成飽和吸收體,成功搭建了一臺(tái)雙波長(zhǎng)被動(dòng)鎖模摻鐿光纖激光器。當(dāng)泵浦功率在54.5 mW到241.7 mW之間時(shí),通過適當(dāng)調(diào)節(jié)偏振控制器,可以觀察到頻率為333 kHz的四種雙波長(zhǎng)基頻鎖模脈沖,對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)間隔分別為0.4nm,1.0nm,1.5 nm和1.9nm。3.利用SnSe2-PVA飽和吸收體同時(shí)作為鎖模器和濾波器,實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)低階諧波鎖模光纖激光脈沖輸出。通過適當(dāng)調(diào)節(jié)光纖腔內(nèi)的偏振態(tài),成功觀察到從第2階一直到第23階的低階諧波。并分析討論了諧波生成的機(jī)理、模式競(jìng)爭(zhēng)和某些階次諧波的缺失現(xiàn)象。4.利用SnSe2-PVA飽和吸收體同時(shí)具備的飽和吸收效應(yīng)和高非線性,成功搭建了一臺(tái)單波長(zhǎng)高階諧波鎖模摻鐿光纖激光器。通過細(xì)致調(diào)節(jié)光纖腔內(nèi)的偏振態(tài),觀察到頻率為400MHz,460MHz,520MHz和550MHz的四種高階諧波,基于333 kHz的基頻,它們對(duì)應(yīng)的諧波階數(shù)分別為1200階,1380階,1560階和1650階。此外,我們分析了它們的精細(xì)頻率,并在頻譜圖中觀察到精細(xì)頻譜峰聚集成簇的現(xiàn)象。并以斜率效率為切入點(diǎn),分析了高階諧波在整個(gè)泵浦功率范圍內(nèi)具有的整體一致性。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN248
【部分圖文】：

Ｄ?［ｐｓ／（ｋｍ?■?ｎｍ）］?Ｄ?＞?０?Ｄ?＜?０?Ｄ?＝?－３８?［４１］?Ｄ?＝?１７?［４２］??非線性是由于光纖材料介質(zhì)對(duì)光場(chǎng)的非線性極化響應(yīng)。非線性效應(yīng)的分類情??況歸納如圖１．２所示。根據(jù)光場(chǎng)與介質(zhì)有無能量交換的情況，光纖中的非線性效應(yīng)??可以分為彈性非線性和非彈性非線性：彈性非線性主要包括三次諧波產(chǎn)生、四波混??頻、非線性折射等；非彈性非線性主要包括受激拉曼散射（ＳＲＳ）和受激布里淵散??射（ＳＢＳ）等。非線性折射是由介質(zhì)的折射率對(duì)光場(chǎng)非線性響應(yīng)產(chǎn)生的，根據(jù)非線??性相移來源于自身還是其它光場(chǎng)，可以分為自相位調(diào)制（ＳＰＭ）和交叉相位調(diào)制??（ＸＰＭ）。??６??

?套管??／?ｎｌ／＾－?－－＋涂覆層??［＾?４—包層??、—纖芯??圖１．１階躍折射率單模光纖的截面示意圖。??光纖的性能參數(shù)有增益、損耗、色散和非線性等。增益主要是指增益光纖（一??般為稀土摻雜光纖）中的摻雜離子在泵浦光激發(fā)下，發(fā)生能級(jí)躍遷，輸出受激輻射??光，并在光纖激光腔內(nèi)振蕩，逐漸增強(qiáng)的作用。損耗包括石英本身的材料吸收和瑞??利散射引起的本征損耗，以及光纖的彎曲損耗等。色散是指介質(zhì)折射率對(duì)光波頻率??的非線性響應(yīng)，主要包括光纖本身的材料色散、光纖結(jié)構(gòu)引起的波導(dǎo)色散、光纖應(yīng)??力雙折射引起的偏振模色散等。色散通常用群速度色散參量／？２和色散參量Ｄ定量描??述，它們之間有關(guān)系式：Ｄ?＝?－＾／？２?［４０］。根據(jù)／？２和０的符號(hào)，可以將光纖工作區(qū)??分為反常色散區(qū)和正常色散區(qū)，如表１．２所示。??表１．２色散參數(shù)／？２和口。??＂＂色散參數(shù)?｜正常色散區(qū)｜反常色散區(qū)｜?１０６０?ｎｍ?１５５０?ｎｍ??ｐ２?（ｐｓ２／ｋｍ）?／？２?＜?０?ｐ２＞０?／？ｚ?＝?２２．７?ｐ２?＝?－２１．７??Ｄ?［ｐｓ／（ｋｍ?■?ｎｍ）］?Ｄ?＞?０?Ｄ?＜?０?Ｄ?＝?－３８?［４１］?Ｄ?＝?１７?［４２］??非線性是由于光纖材料介質(zhì)對(duì)光場(chǎng)的非線性極化響應(yīng)。非線性效應(yīng)的分類情??況歸納如圖１．２所示。根據(jù)光場(chǎng)與介質(zhì)有無能量交換的情況，光纖中的非線性效應(yīng)??可以分為彈性非線性和非彈性非線性：彈性非線性主要包括三次諧波產(chǎn)生、四波混??頻、非線性折射等；非彈性非線性主要包括受激拉曼散射（ＳＲＳ）和受激布里淵散??射（ＳＢＳ）等。非線性折射是由介質(zhì)的折射率對(duì)光場(chǎng)非線性響應(yīng)產(chǎn)生的

光纖激光器中使用的偏振控制器（Ｐ〇ｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏ�。欤澹�，ＰＣ）?—般有波片型偏??振控制器、光纖穿入擠壓式偏振控制器和光纖環(huán)型偏振控制器等。三環(huán)式光纖環(huán)型??偏振控制器如圖１．５?（ａ）所示。光纖在第一環(huán)內(nèi)纏繞２圈，等效Ｘ７４波片；第二環(huán)??內(nèi)纏繞４圈，等效Ａ／２波片；第三環(huán)內(nèi)纏繞２圈，等效Ｖ４波片，如圖】．５（ｂ）所示。??非偏振光經(jīng)過第一環(huán)（Ｘ／４波片）后，轉(zhuǎn)化成線偏振光；旋轉(zhuǎn)第二環(huán)，相當(dāng)于用Ａ７２??波片改變線偏振光的偏振方向；第三環(huán)（Ｘ／４波片）相當(dāng)于檢偏器，在旋轉(zhuǎn)過程中，??將線偏振光改變成其它橢圓偏振光。??，?，，，，，，?（ｂ）??＾?＾?＾?ｓｗｅｅｗｊ＾．＾?ｈ＇４?波片?Ｘ／２?波片?Ｘ／４?波片??圖丨．５?（ａ）三環(huán)式光纖環(huán)形偏振控制器實(shí)物圖，（ｂ）工作原理圖。??１０??
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