光纖激光器由于其光束質(zhì)量好、散熱優(yōu)良、無需準(zhǔn)直、結(jié)構(gòu)緊湊和光-光轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用到機(jī)械精密加工、國防武器、光纖傳感、醫(yī)療和激光雷達(dá)等方面。作為光纖激光器的一個分支研究領(lǐng)域——可調(diào)諧超短脈沖光纖激光器,已被應(yīng)用于高速波分復(fù)用/光時分復(fù)用（DWDM/OTDM）通信系統(tǒng)、光纖傳感、光學(xué)相干層析光源以及計量測試等眾多領(lǐng)域。超短脈沖的產(chǎn)生方法與波長可調(diào)諧是實現(xiàn)1.55微米可調(diào)諧超短脈沖光纖激光器的關(guān)鍵技術(shù)。常用的實現(xiàn)可調(diào)諧的方式有利用光柵等波長選擇器件;利用非線性效應(yīng)改變偏振態(tài)、光纖雙折射;外接調(diào)制器件等。目前常用的實現(xiàn)超短脈沖激光主要的方法為被動鎖模機(jī)制。被動鎖模實現(xiàn)的方式有可飽和吸收體鎖模與類飽和吸收體鎖模兩種,可飽和吸收體鎖模利用光學(xué)材料的可飽和吸收效應(yīng)實現(xiàn)鎖模脈沖輸出,但由于光學(xué)材料的損傷閾值較低且制作復(fù)雜,光學(xué)材料鎖模受到制約,因此類飽和吸收體鎖模被廣泛使用。常用的類飽和吸收體鎖模方式包括非線性偏振旋轉(zhuǎn)、非線性放大環(huán)形鏡等。本文主要圍繞著全光纖可調(diào)諧超短脈沖光纖激光器中脈沖產(chǎn)生方法與脈沖可調(diào)諧方法展開研究,主要研究內(nèi)容包括:（1）總結(jié)傳統(tǒng)的鎖模方式與調(diào)諧方式,介紹一種新興的... 

【文章來源】：長春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

SESAM結(jié)構(gòu)示意圖

第2章可調(diào)諧超短脈沖光纖激光器研究的理論研究9集成使用，不可避免的增加了激光器的復(fù)雜程度，且SESAM需要高精度制工藝，這大大增加了成本。2.1.2碳基可飽和吸收體鎖模光纖激光器單壁碳納米管（SWCNT）這種一維納米材料具有豐富的光學(xué)性質(zhì)，已經(jīng)成功應(yīng)用于固體激光器、光纖激光器、半導(dǎo)體激光器等。1991年，Lijima和Bethune[29]等人在使用電弧放電法制備富勒烯時，意外發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖2.2所示，由碳原子組成空心管狀，是碳的同素異形體。1993年，SWCNT被成功批量制備使用。2004年，日本科學(xué)家S.Y.Set[30]等人首次將SWCNTs應(yīng)用在摻鐿光纖激光器中獲得1.1ps和0.318ps的鎖模脈沖輸出。2007年，Song[31]等人利用倏逝場將SWCNTs附著在光纖表面，獲得470fs超短脈沖輸出。2008年，Z.Sun[32]等將碳納米管溶解進(jìn)聚乙烯醇(polyvinylalcohol,PVA)溶液中，制成SWCNTs薄膜并轉(zhuǎn)移到光纖端面作為透射式鎖模器件，實現(xiàn)了波長為1.6μm脈沖寬度498fs的傳統(tǒng)孤子脈沖輸出。2009年，S.Kivist[33]等人報道將SWCNTs放入摻鐿光纖激光器、摻鉺光纖激光器、摻銩光纖激光器中獲得鎖模。SWCNTs的可飽和吸收特性與其自身物理結(jié)構(gòu)相關(guān)，表現(xiàn)為不同直徑的SWCNT具有不同的能帶結(jié)構(gòu)，因此具有不同的可飽和吸收波長。制備單壁碳納米管薄膜時需將同一直徑碳管進(jìn)行熔接，否則由于寬帶吸收特性，將產(chǎn)生較大的腔內(nèi)散射損耗。圖2.2碳納米管形貌示意圖[34]與SWCNTs相同，石墨烯也是碳的一種同素異性體，其結(jié)構(gòu)如圖2.3所示，由單層碳原子組成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)A.Geim和K.Novoselov利用機(jī)械剝離方法，從石墨上成功分剝離出單層石墨烯，這一實驗證明二維晶體可穩(wěn)定存在于自然環(huán)境中，為了表彰二人的貢獻(xiàn)于2010年獲得諾貝爾物理學(xué)

第2章可調(diào)諧超短脈沖光纖激光器研究的理論研究10圖2.3石墨烯形貌示意圖[34]2009年，新加坡國立大學(xué)Q.Bao[35]等人首次將石墨烯使用在光纖激光器中，發(fā)現(xiàn)其可飽和吸收特性，獲得756fs的超短脈沖輸出。研究發(fā)現(xiàn)石墨烯的零帶隙結(jié)構(gòu)使其具有極寬的工作帶寬，可以實現(xiàn)近紅外到中紅外各個波長無選擇吸收。之后石墨烯憑借超快的弛豫時間、強(qiáng)魯棒性、制作工藝簡單等特點，迅速成為激光技術(shù)的熱門領(lǐng)域。2010年，新加坡南洋理工大學(xué)H.Zhang[36-37]等人利用石墨烯搭建不同色散光纖激光器，從全負(fù)色散到全正色散獲得穩(wěn)定超短脈沖輸出，最短脈沖寬度為174fs。2012年，Luo[38]等將普通單模光纖拉錐，將腰錐浸沒在石墨烯溶液中，通過光泳力將石墨烯吸附在腰錐處，通過倏逝場作用獲得鎖模脈沖輸出。2016年，HwanseongJeong[39]等將光纖一側(cè)進(jìn)行拋光制備成D型光纖，將石墨烯沉積于拋光側(cè)利用倏逝場獲得773fs超短脈沖。2017年，JaroslawSotor[40]等將石墨烯稀釋于聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)溶液中，制成石墨烯薄膜在摻銩光纖激光器中實現(xiàn)了色散管理孤子，脈沖寬度205fs。隨著對SWCNTs與石墨烯等碳基可飽和吸收體的研究，這種可飽和吸收體的弊端也逐漸顯現(xiàn)，由于碳基可飽和吸收體的損傷閾值較低，這種可飽和吸收體對于高能量超短脈沖的實現(xiàn)仍然是一個挑戰(zhàn)，高性能的可飽和吸收材料仍需要不斷去探索。2.1.3新型二維材料可飽和吸收體鎖模光纖激光器受到石墨烯這種二維材料的啟發(fā)，類似石墨烯這種六邊晶格結(jié)構(gòu)的材料也獲得廣泛的關(guān)注，例如拓?fù)浣^緣體(TIs)、過渡金屬硫化物(TMDs)、黑磷(BP)等。光學(xué)二維材料體系被逐漸豐富。拓?fù)浣^緣體（TIs）具有新奇量子特性的物質(zhì)狀態(tài)，憑借其特殊的量子特性，拓?fù)浣^緣體具有寬帶的可飽和吸收響

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]基于新型材料的鎖模光纖激光器研究[D]. 申圣男.電子科技大學(xué) 2018



本文編號：2920396