1.5微米波段可调谐超短脉冲光纤激光器关键技术研究
发布时间：2020-12-16 15:38
光纤激光器由于其光束质量好、散热优良、无需准直、结构紧凑和光-光转换效率高等优点,被广泛应用到机械精密加工、国防武器、光纤传感、医疗和激光雷达等方面。作为光纤激光器的一个分支研究领域——可调谐超短脉冲光纤激光器,已被应用于高速波分复用/光时分复用（DWDM/OTDM）通信系统、光纤传感、光学相干层析光源以及计量测试等众多领域。超短脉冲的产生方法与波长可调谐是实现1.55微米可调谐超短脉冲光纤激光器的关键技术。常用的实现可调谐的方式有利用光栅等波长选择器件;利用非线性效应改变偏振态、光纤双折射;外接调制器件等。目前常用的实现超短脉冲激光主要的方法为被动锁模机制。被动锁模实现的方式有可饱和吸收体锁模与类饱和吸收体锁模两种,可饱和吸收体锁模利用光学材料的可饱和吸收效应实现锁模脉冲输出,但由于光学材料的损伤阈值较低且制作复杂,光学材料锁模受到制约,因此类饱和吸收体锁模被广泛使用。常用的类饱和吸收体锁模方式包括非线性偏振旋转、非线性放大环形镜等。本文主要围绕着全光纤可调谐超短脉冲光纤激光器中脉冲产生方法与脉冲可调谐方法展开研究,主要研究内容包括:（1）总结传统的锁模方式与调谐方式,介绍一种新兴的...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SESAM结构示意图
第2章可调谐超短脉冲光纤激光器研究的理论研究9集成使用，不可避免的增加了激光器的复杂程度，且SESAM需要高精度制工艺，这大大增加了成本。2.1.2碳基可饱和吸收体锁模光纤激光器单壁碳纳米管（SWCNT）这种一维纳米材料具有丰富的光学性质，已经成功应用于固体激光器、光纤激光器、半导体激光器等。1991年，Lijima和Bethune[29]等人在使用电弧放电法制备富勒烯时，意外发现单壁碳纳米管结构，结构如图2.2所示，由碳原子组成空心管状，是碳的同素异形体。1993年，SWCNT被成功批量制备使用。2004年，日本科学家S.Y.Set[30]等人首次将SWCNTs应用在掺镱光纤激光器中获得1.1ps和0.318ps的锁模脉冲输出。2007年，Song[31]等人利用倏逝场将SWCNTs附着在光纤表面，获得470fs超短脉冲输出。2008年，Z.Sun[32]等将碳纳米管溶解进聚乙烯醇(polyvinylalcohol,PVA)溶液中，制成SWCNTs薄膜并转移到光纤端面作为透射式锁模器件，实现了波长为1.6μm脉冲宽度498fs的传统孤子脉冲输出。2009年，S.Kivist[33]等人报道将SWCNTs放入掺镱光纤激光器、掺铒光纤激光器、掺铥光纤激光器中获得锁模。SWCNTs的可饱和吸收特性与其自身物理结构相关，表现为不同直径的SWCNT具有不同的能带结构，因此具有不同的可饱和吸收波长。制备单壁碳纳米管薄膜时需将同一直径碳管进行熔接，否则由于宽带吸收特性，将产生较大的腔内散射损耗。图2.2碳纳米管形貌示意图[34]与SWCNTs相同，石墨烯也是碳的一种同素异性体，其结构如图2.3所示，由单层碳原子组成二维蜂窝状晶格结构。2004年，英国曼彻斯特大学A.Geim和K.Novoselov利用机械剥离方法，从石墨上成功分剥离出单层石墨烯，这一实验证明二维晶体可稳定存在于自然环境中，为了表彰二人的贡献于2010年获得诺贝尔物理学
第2章可调谐超短脉冲光纤激光器研究的理论研究10图2.3石墨烯形貌示意图[34]2009年，新加坡国立大学Q.Bao[35]等人首次将石墨烯使用在光纤激光器中，发现其可饱和吸收特性，获得756fs的超短脉冲输出。研究发现石墨烯的零带隙结构使其具有极宽的工作带宽，可以实现近红外到中红外各个波长无选择吸收。之后石墨烯凭借超快的弛豫时间、强鲁棒性、制作工艺简单等特点，迅速成为激光技术的热门领域。2010年，新加坡南洋理工大学H.Zhang[36-37]等人利用石墨烯搭建不同色散光纤激光器，从全负色散到全正色散获得稳定超短脉冲输出，最短脉冲宽度为174fs。2012年，Luo[38]等将普通单模光纤拉锥，将腰锥浸没在石墨烯溶液中，通过光泳力将石墨烯吸附在腰锥处，通过倏逝场作用获得锁模脉冲输出。2016年，HwanseongJeong[39]等将光纤一侧进行抛光制备成D型光纤，将石墨烯沉积于抛光侧利用倏逝场获得773fs超短脉冲。2017年，JaroslawSotor[40]等将石墨烯稀释于聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)溶液中，制成石墨烯薄膜在掺铥光纤激光器中实现了色散管理孤子，脉冲宽度205fs。随着对SWCNTs与石墨烯等碳基可饱和吸收体的研究，这种可饱和吸收体的弊端也逐渐显现，由于碳基可饱和吸收体的损伤阈值较低，这种可饱和吸收体对于高能量超短脉冲的实现仍然是一个挑战，高性能的可饱和吸收材料仍需要不断去探索。2.1.3新型二维材料可饱和吸收体锁模光纤激光器受到石墨烯这种二维材料的启发，类似石墨烯这种六边晶格结构的材料也获得广泛的关注，例如拓扑绝缘体(TIs)、过渡金属硫化物(TMDs)、黑磷(BP)等。光学二维材料体系被逐渐丰富。拓扑绝缘体（TIs）具有新奇量子特性的物质状态，凭借其特殊的量子特性，拓扑绝缘体具有宽带的可饱和吸收响
【参考文献】：
期刊论文
[1]Observation of controllable tightly and loosely bound solitons with an all-fiber saturable absorber[J]. TIANYU ZHU,ZHAOKUN WANG,D.N.WANG,FAN YANG,LIUJIANG LI. Photonics Research. 2019(01)
[2]All-fiber passively mode-locked laser using nonlinear multimode interference of step-index multimode fiber[J]. TAO CHEN,QIAOLI ZHANG,YAPING ZHANG,XIN LI,HAIKUN ZHANG,WEI XIA. Photonics Research. 2018(11)
[3]改进的非线性放大环形镜锁模激光器研究[J]. 周晓康,宋有建,廖若宇,刘博文,胡明列,柴路,王清月. 中国激光. 2015(12)
[4]全光纤掺镱激光器实现锁模和多波长输出[J]. 张攀政,范薇,汪小超,林尊琪. 中国激光. 2011(03)
[5]光纤激光器技术及其研究进展[J]. 武建芬,陈根祥. 光通信技术. 2006(08)
硕士论文
[1]基于新型材料的锁模光纤激光器研究[D]. 申圣男.电子科技大学 2018
本文编号：2920396
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SESAM结构示意图
第2章可调谐超短脉冲光纤激光器研究的理论研究9集成使用，不可避免的增加了激光器的复杂程度，且SESAM需要高精度制工艺，这大大增加了成本。2.1.2碳基可饱和吸收体锁模光纤激光器单壁碳纳米管（SWCNT）这种一维纳米材料具有丰富的光学性质，已经成功应用于固体激光器、光纤激光器、半导体激光器等。1991年，Lijima和Bethune[29]等人在使用电弧放电法制备富勒烯时，意外发现单壁碳纳米管结构，结构如图2.2所示，由碳原子组成空心管状，是碳的同素异形体。1993年，SWCNT被成功批量制备使用。2004年，日本科学家S.Y.Set[30]等人首次将SWCNTs应用在掺镱光纤激光器中获得1.1ps和0.318ps的锁模脉冲输出。2007年，Song[31]等人利用倏逝场将SWCNTs附着在光纤表面，获得470fs超短脉冲输出。2008年，Z.Sun[32]等将碳纳米管溶解进聚乙烯醇(polyvinylalcohol,PVA)溶液中，制成SWCNTs薄膜并转移到光纤端面作为透射式锁模器件，实现了波长为1.6μm脉冲宽度498fs的传统孤子脉冲输出。2009年，S.Kivist[33]等人报道将SWCNTs放入掺镱光纤激光器、掺铒光纤激光器、掺铥光纤激光器中获得锁模。SWCNTs的可饱和吸收特性与其自身物理结构相关，表现为不同直径的SWCNT具有不同的能带结构，因此具有不同的可饱和吸收波长。制备单壁碳纳米管薄膜时需将同一直径碳管进行熔接，否则由于宽带吸收特性，将产生较大的腔内散射损耗。图2.2碳纳米管形貌示意图[34]与SWCNTs相同，石墨烯也是碳的一种同素异性体，其结构如图2.3所示，由单层碳原子组成二维蜂窝状晶格结构。2004年，英国曼彻斯特大学A.Geim和K.Novoselov利用机械剥离方法，从石墨上成功分剥离出单层石墨烯，这一实验证明二维晶体可稳定存在于自然环境中，为了表彰二人的贡献于2010年获得诺贝尔物理学
第2章可调谐超短脉冲光纤激光器研究的理论研究10图2.3石墨烯形貌示意图[34]2009年，新加坡国立大学Q.Bao[35]等人首次将石墨烯使用在光纤激光器中，发现其可饱和吸收特性，获得756fs的超短脉冲输出。研究发现石墨烯的零带隙结构使其具有极宽的工作带宽，可以实现近红外到中红外各个波长无选择吸收。之后石墨烯凭借超快的弛豫时间、强鲁棒性、制作工艺简单等特点，迅速成为激光技术的热门领域。2010年，新加坡南洋理工大学H.Zhang[36-37]等人利用石墨烯搭建不同色散光纤激光器，从全负色散到全正色散获得稳定超短脉冲输出，最短脉冲宽度为174fs。2012年，Luo[38]等将普通单模光纤拉锥，将腰锥浸没在石墨烯溶液中，通过光泳力将石墨烯吸附在腰锥处，通过倏逝场作用获得锁模脉冲输出。2016年，HwanseongJeong[39]等将光纤一侧进行抛光制备成D型光纤，将石墨烯沉积于抛光侧利用倏逝场获得773fs超短脉冲。2017年，JaroslawSotor[40]等将石墨烯稀释于聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)溶液中，制成石墨烯薄膜在掺铥光纤激光器中实现了色散管理孤子，脉冲宽度205fs。随着对SWCNTs与石墨烯等碳基可饱和吸收体的研究，这种可饱和吸收体的弊端也逐渐显现，由于碳基可饱和吸收体的损伤阈值较低，这种可饱和吸收体对于高能量超短脉冲的实现仍然是一个挑战，高性能的可饱和吸收材料仍需要不断去探索。2.1.3新型二维材料可饱和吸收体锁模光纤激光器受到石墨烯这种二维材料的启发，类似石墨烯这种六边晶格结构的材料也获得广泛的关注，例如拓扑绝缘体(TIs)、过渡金属硫化物(TMDs)、黑磷(BP)等。光学二维材料体系被逐渐丰富。拓扑绝缘体（TIs）具有新奇量子特性的物质状态，凭借其特殊的量子特性，拓扑绝缘体具有宽带的可饱和吸收响
【参考文献】：
期刊论文
[1]Observation of controllable tightly and loosely bound solitons with an all-fiber saturable absorber[J]. TIANYU ZHU,ZHAOKUN WANG,D.N.WANG,FAN YANG,LIUJIANG LI. Photonics Research. 2019(01)
[2]All-fiber passively mode-locked laser using nonlinear multimode interference of step-index multimode fiber[J]. TAO CHEN,QIAOLI ZHANG,YAPING ZHANG,XIN LI,HAIKUN ZHANG,WEI XIA. Photonics Research. 2018(11)
[3]改进的非线性放大环形镜锁模激光器研究[J]. 周晓康,宋有建,廖若宇,刘博文,胡明列,柴路,王清月. 中国激光. 2015(12)
[4]全光纤掺镱激光器实现锁模和多波长输出[J]. 张攀政,范薇,汪小超,林尊琪. 中国激光. 2011(03)
[5]光纤激光器技术及其研究进展[J]. 武建芬,陈根祥. 光通信技术. 2006(08)
硕士论文
[1]基于新型材料的锁模光纤激光器研究[D]. 申圣男.电子科技大学 2018
本文编号：2920396
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