基于非线性偏振演化和新型可饱和吸收体的高能量光纤激光器的研究

发布时间：2018-02-20 21:26

本文关键词： 全光纤结构非线性偏振演化氧化石墨烯单壁碳纳米管拓扑绝缘体高能量脉冲　出处：《西安电子科技大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：光纤激光器具有良好的稳定性、散热性、结构紧凑以及高光束质量等优点,在近年来得到飞速发展,成为激光领域的研究热点。掺铒光纤激光器(EDFL)因为刚好与通信波段的石英光纤最低损耗位置(1550 nm)吻合,最先得到发展与应用,并且日趋成熟。紧随其后的是对近红外波段一微米掺Yb光纤激光器(YDFL)和两微米掺Tm光纤激光器(TDFL)的研究。本文基于当前研究领域与市场发展的要求,系统研究了YDFL和TDFL。利用非线性偏振演化(NPE)或加入新型可饱和吸收体的方式,我们在实验中获得了具有高脉冲能量的调Q或锁模激光运转。其主要研究内容分为以下三个部分:1.在YDFL中,基于空间结构NPE和全光纤NPE锁模,分别实现了稳定锁模运转。在空间结构的振荡器中,实现了重复频率为49.21 MHz,脉冲宽度为3 ps的稳定锁模脉冲输出,最大输出功率为181 mW。基于此振荡器,微调双折射滤波片的波片架,能够实现锁模光谱中心波长从1015 nm-1045 nm之间连续可调谐,调谐过程中锁模状态保持不变。在500 mW的泵浦功率下,通过微调双折射滤波片和波片,可以获得稳定的二次谐波锁模,重频为99.64 MHz,相比基频锁模,输出功率明显下降。在全光纤结构的振荡器中,系统地研究了在5%、10%、20%、30%和50%的输出下不同的锁模状态和功率。在7 m的腔长下实现了稳定的锁模运转,并比较了加滤波器和不加滤波器时的锁模光谱,得出滤波器在全正色散领域起着不可或缺的作用。为得到高能量锁模脉冲,增加腔长到347 m,在不同输出比下分别实现了锁模运转并在最大输出比的输出耦合器(50%)条件下,得到了33%的高效率,实现了重复频率为614KHz、单脉冲能量为263 nJ、脉冲宽度为10 ns的大能量锁模脉冲输出,该结果为迄今已报道的全光纤YDFL振荡器中实现的最高单脉冲能量。2.在全光纤YDFL环形腔中,系统地探索了单壁碳纳米管(SWCNT)与氧化石墨烯(GO)作为调Q元件的不同性能。基于SWCNT SA,于最大泵浦功率为125 mW的条件下,得到了脉冲宽度为1.0μs、重复频率为66.24 KHz、平均输出功率为2.69 mW的调Q脉冲序列。中心波长在1032 nm处。与以往的全光纤SWCNT调Q激光器相比,我们所搭建的YDFL在相当低的阈值38 m W下即可实现稳定调Q运行,并得到的最大单脉冲能量为40.6 nJ。基于GOSA,实现了最大单脉冲能量为69.4 nJ输出,这是目前已报道的在Yb全光纤激光器中,基于GOSA实现调Q脉冲输出的最大单脉冲能量。在其他实验条件不变下,去掉GOSA,微调偏振控制器,可实现自调Q。与自调Q现象作对比,基于氧化石墨烯调Q的状态更加稳定。3.在掺铥光纤激光器中,我们分别用10%、50%的输出耦合器对全光纤环形腔结构振荡腔进行优化,当泵浦功率为1.95 W时,得到最大输出功率为61 mW的连续激光输出。基于新型可饱和吸收体材料—拓扑绝缘体Bi2Te3,用三明治形式插入腔内,实验中得到了重频为7.794 MHz的锁模脉冲,当泵浦功率为1.85 W时,得到最大为26 mW的锁模功率,相应的单脉冲能量为3.34 nJ。
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【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248

【参考文献】