基于锑烯、硫化亚锡可饱和吸体的掺铒光纤激光器研究

发布时间：2020-06-08 08:44

【摘要】：与固体激光器相比,光纤激光器具有光束质量好、结构简单紧凑,而且由于激光在光纤内部传输,外部环境对光纤激光器的影响微小。此外,光纤具有很大的比表面积,具有优良的散热性。脉冲光纤激光器在光纤通信、国防军事安全、医疗健康、微加工、打标、焊接、切割等领域具有重要应用。利用可饱和吸收体(SA)作为关键器件的被动调Q和被动锁模技术是产生纳秒(nanosecond,ns)、皮秒(picosecond,ps)、甚至飞秒(femtosecond,fs)的超短脉冲激光器的重要手段。锑烯(antimonene,Sb)和硫化亚锡(Tin Sulfide,SnS)这两种新型的二维材料具有超快的恢复时间、损伤阈值高、高稳定性等优点,且能够制备成SA,应用于被动调Q和被动锁模实验中,获得超短脉冲。本论文利用Sb、SnS在环形的掺铒激光腔中进行实验,成功实现了基于锑烯可饱和吸收体(Sb-SA)的锁模光纤激光器和基于硫化亚锡可饱和吸收体(SnS-SA)的锁模光纤激光器以及调Q光纤激光器。实验观察到锁模、束缚态锁模、谐波锁模还有调Q等现象。主要研究工作如下:1.介绍光纤激光器锁模、调Q的特点,详细叙述了Sb、SnS作为SA应用于光纤激光器中的锁模和调Q的可行性;2.介绍了被动锁模和被动调Q的基本原理,并对可饱和吸收体基本原理和测量方法进行介绍。详细介绍了Sb、SnS这两种二维材料的制作过程。利用化学表征,对两种材料进行原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)和拉曼光谱等表征;3.基于Sb-SA搭建的掺铒光纤激光器(Erbium-doped fiber laser),实现了锁模脉冲激光输出,脉冲宽度为552 fs,基本重复频率为10.27 MHz;4.基于SnS-SA的的掺铒光纤激光器,同样实现了锁模脉冲激光的输出,其脉冲宽度为656 fs,重复频率为8.37 MHz。通过调节泵浦功率和偏振控制器,实现了谐波锁模,其重复频率对应20阶的基频。另外,制备新的、具有特定参数的SnS-SA,在同一个激光腔中实现调Q脉冲输出,脉冲的重复频率在36.36~65.19 kHz连续可调。
【图文】：

锁模,光路图,波分复用器,掺铒光纤

.1. NPR锁模光路图。Pump:泵浦源；Coupler：耦合器；PC：偏振控制器；ISO：偏振无关隔离器；EDF：掺铒光纤；WDM：波分复用器。图所示，整个光路由掺铒光纤（EDF），波分复用器（WDM），泵浦，耦合器（coupler），偏振控制器（PC），起偏器（Polarizer）以及

过渡金属硫化物,带隙,石墨

图2.石墨烯、黑磷和过渡金属硫化物的带隙分布[15]由于黑磷是直接带隙半导体材料，所以其电子更加容易跃迁。此外，效果带隙半导体材料电子空穴也更加容易复合。所以，总的来说，，直接带隙半的光转化效率会更高。黑磷和光有很强的相互作用，利用 Z 扫描测量技术磷纳米片进行可饱和吸收测量，证明黑磷在可见光到中红外都有比较好的收效应[18, 19]。特别地，当黑磷层数降到三层时，带隙宽度约为 0.8 eV，正1550 nm 波长的通讯波段，使得黑磷在通讯领域上具有重要的应用。用黑磷作为可饱和吸收体，在 1 微米、1.5 微米、2 微米以及 2.8 微米波段的激光了实验上的证明[20-25]。尽管黑磷具有优越的光学特性，在光纤激光器上得到了广泛的应用，但黑中不稳定且容易被氧化等缺陷[26]，限制了黑磷的实际应用。在科研人员在改善黑磷稳定性和防止被氧化的同时，也在寻找即使在空气中也具有高稳维材料。黑磷同一主族的锑烯以及黑磷类似物硫化亚锡这两种新型的二维
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248

【参考文献】