波長處于3 μm的中波紅外激光因位于水分子強烈共振吸收光譜峰而被視為消融切割生物組織的最有效光源之一。迄今為止,該波段皮秒脈沖激光已被用作高精度手術(shù)刀,實現(xiàn)對多種生物組織的低損傷消融切割。相比于傳統(tǒng)脈沖激光,超短脈沖簇激光已被證實在進行材料消融時具有更快的消融效率,更少的脈沖能量消耗以及更低的連帶熱損傷。因此使用中紅外超短脈沖簇激光對生物組織進行消融處理具有可行性和重大研究價值。非線性頻率轉(zhuǎn)換作為產(chǎn)生中紅外激光的常用技術(shù)手段,可實現(xiàn)寬光譜范圍的超短脈沖激光輸出,其中基于準相位匹配的周期性疇極化反轉(zhuǎn)摻鎂鈮酸鋰晶體（PPMgLN）因工作波段廣、抗損傷閾值高、有效非線性系數(shù)大等優(yōu)點,而成為非線性頻率轉(zhuǎn)換最有效工作介質(zhì)之一。本論文主要圍繞主振蕩-功率放大（MOPA）結(jié)構(gòu)的摻鐿光纖激光器及其泵浦的光參量差頻系統(tǒng)（DFG）以產(chǎn)生高功率中紅外超短脈沖簇激光光源展開,具體工作內(nèi)容包括:1.分別搭建基于非線性放大環(huán)形鏡（NALM）和二維材料可飽和吸收體（MoO3/CNTs）的全光纖被動鎖模激光器。通過對比激光器輸出功率和長期穩(wěn)定性,選取前者作為產(chǎn)生超短脈沖序列的種子源,并引入反射型相位偏置器解決了該結(jié)構(gòu)... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：112 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１兩種基于材料ＳＡ的鎖模光纖激光器諧振腔結(jié)構(gòu)圖：ａ，線性腔［５１］；?ｂ，環(huán)形腔〖５２］??

浙江大學博士學位論文?緒論??（ａ）?｜?９７４?ｎｍ?（，＞）??，?—??Ｔ?ｐｕｍｐ?ｄｉｃｘｌｅ?Ａ?、??畏入二丨丨丨：Ｆ?１?Ｈ?＾４??Ｌａｓｅｒ?ｍｉｌ?ＷＤＭ?ＦＢＧ?ｃｐｑａｍ?＾?喊?—二―??ＳＥＳＡＭ?Ａ???＿??圖１．１兩種基于材料ＳＡ的鎖模光纖激光器諧振腔結(jié)構(gòu)圖：ａ，線性腔［５１］；?ｂ，環(huán)形腔〖５２］??環(huán)形腔結(jié)構(gòu)中可飽和吸收體與光纖耦合方式多樣（如直貼光纖端面、倏逝場??耦合或者空心光纖內(nèi)表面附著等），因此易于集成，實現(xiàn)全光纖化。但由于環(huán)形??腔的腔長一般較長，難以獲得超高重頻脈沖激光輸出。圖１．２是幾種具有代表性??的光纖與可飽和吸收體之間耦合方式示意圖。隨著近年來Ｇｒａｐｈｅｎｅｓ、ＣＮＴｓ和其??他新型二維材料相繼出現(xiàn)，基于材料可飽和吸收體的環(huán)形腔激光器也在不斷豐富。??如２０１０年，Ｌ．?Ｍ．?Ｚｈａｏ等人［２６１首次利用多層石墨烯搭建摻Ｙｂ３＋光纖環(huán)形腔被動??鎖模激光器，在１０６９．８?ｎｍ處實現(xiàn)皮秒脈沖輸出。??ａ?Ａｄａｐｔｅｒ?ｂ?ｃ??ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ?ｃｏｒｅ??Ｃｏａｔｅｄ?ＳＡ?＼?丁??ｊｋ??ｃｏｒｅ?ｃｏｒｅ??圖１．２光纖與可飽和吸收材料之間典型耦合方式圖［？］??由于可飽和吸收材料的非線性響應(yīng)時間一般比脈寬長，導致直接得到的激光??脈寬通常為皮秒量級，且當腔內(nèi)無脈沖傳輸時連續(xù)光背景噪聲會被放大，引起鎖??模脈沖時域抖動（ＴｉｍｉｎｇＪｉｔｔｅｒ）?［５４］。此外，材料可飽和吸收體的損傷閾值普遍較??低，長時間工作可能會導致非線性響應(yīng)速度退化或是永久性損傷，從而降低激光??器的整體壽命。??基于結(jié)構(gòu)化的可飽和吸

功率放大器概述??隨著超快激光在工業(yè)加工、生物醫(yī)療和科學研究等領(lǐng)域的應(yīng)用拓展，光纖激??光振蕩器直接輸出ｎＪ量級的脈沖能量已無法滿足指標需求。要獲取更高能量的??脈沖激光，需借助于激光功率放大技術(shù)，其中最具代表性的是主振蕩功率放大器??（Ｍａｓｔｅｒ?ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ?ｐｏｗｅｒ?ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ，?ＭＯＰＡ?）。光纖?ＭＯＰＡ?是指利用半導體激??光器泵浦摻雜增益光纖，對穩(wěn)定的小功率激光種子源進行功率提升，其優(yōu)點包括??結(jié)構(gòu)簡單、散熱性好、易實現(xiàn)全光纖化與集成化等。圖１．４是典型的光纖ＭＯＰＡ??系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。??增益光纖???ｉ?ｉ?＾??種子ｇ?［?ｖ?Ｊ?（Ｔ＾Ｄ?—？??隔離器?合束器?隔離器?輸出??圖１．４典型的光纖ＭＯＰＡ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖??理論上多級ＭＯＰＡ級聯(lián)可實現(xiàn)超大脈沖能量激光輸出，而光纖放大級制約??超短脈沖實現(xiàn)高峰值功率的主要因素在于非線性相位積累導致光譜展寬，同時??ＡＳＥ將會降低泵浦光的轉(zhuǎn)換效率。抑制ＡＳＥ可通過在每級ＭＯＰＡ之間插入濾波??器來實現(xiàn)，而采用大模場增益和傳輸光纖則可有效降低纖芯功率密度，是降低非??線性效應(yīng)的最直接有效途徑之一。早在１９８８年，Ｅ．Ｓｎｉｔｚｅｒ等人［６３］設(shè)計制作出雙??包層摻Ｎｄ３＋增益光纖，為獲取更高輸出功率水平奠定了基矗此后多種摻雜大模??場雙包層光纖、光子晶體光纖以及棒狀光子晶體光纖相繼發(fā)展問世，其中由于鐿??（Ｙｂ３＋）離子極高的量子效率和較寬的輻射光譜范圍而成為實現(xiàn)高功率脈沖激光??的重點研究對象。如２００２年，Ｊ．Ｌｉｍｐｅｒｔ等人［６４】利用３０／４００＾ｍ雙包層摻鐿光纖??對Ｎｄ：ｇｌａｓｓ鎖模脈沖種子源進行

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Yb-doped passively mode-locked fiber laser with Bi2Te3-deposited[J]. 李璐,閆培光,王勇剛,段利娜,孫航,司金海.  Chinese Physics B. 2015(12)
[2]Fiber laser-pumped,chirped,PPMgLN-based high efficient broadband mid-IR generation[J]. 吳波,陳滔,王杰,姜培培,楊丁中,沈永行.  Chinese Optics Letters. 2013(08)



本文編號：3273256