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光纤激光器技术是光电子学领域最为重要的技术之一,在光纤传感、光纤通信、工业加工等领域都有着重要的应用。本文主要研究了以石墨烯作为饱和吸收体的被动调Q和被动锁模光纤激光器技术。
首先简单介绍了光纤激光器的发展历史和脉冲光纤激光器的种类,总结了几种典型光纤脉冲激光器的研究进展和发展趋势。
然后以调Q技术和锁模技术的理论为基础,应用激光器的速率方程理论,对石墨烯作为可饱和吸收体的调Q光纤激光器进行了数值理论分析。同时从实验方面对基于石墨烯饱和吸收体的掺镱调Q光纤激光器进行研究。我们利用石墨烯的可饱和吸收特性和四波混频机制,实现了1μm波段稳定运行的多波长调Q掺镱光纤激光器。调Q脉冲重复频率45 KHz,脉冲宽度为3.3μs。在泵浦功率为215 mW时,平均输出功率为0.58 mW,折算成单脉冲能量为10.3 nJ。
最后研究了基于熔锥光纤倏逝场作用下的石墨烯锁模掺镱光纤激光器。利用熔锥光纤石墨烯饱和吸收体实现了1μm波段的双波长锁模掺镱光纤激光器。采用光学诱导沉积法,将水溶液中的石墨烯纳米复合物在光倏逝场的作用下沉积至熔锥光纤的锥腰部位。该石墨烯熔锥光纤器件作为可饱和吸收锁模部件具有制作灵活、全光纤结构以及高损伤阈值等优点。基于该器件的可饱和吸收及腔内双折射滤波特性,通过调节偏振控制器优化激光腔内偏振特性,我们实现了稳定的YDFL双波长锁模。该激光器的两个锁模波长分别为1034.77 nm和1038.85 nm,二次谐波锁模重复频率为1.09 MHz,腔内单脉冲能量最大可达35 nJ。
本文以实验研究为主、理论研究为辅,侧重用石墨烯作为饱和吸收体来实现被动调Q和被动锁模光纤激光器功能及其技术方案。对进一步发展基于可饱和吸收体的脉冲激光器技术和推进石墨烯在光电子技术领域的应用具有重要意义。