基于锥形微纳光纤结构的2μm石墨烯锁模掺铥光纤激光器研究
发布时间：2021-11-11 20:23
2μm锁模激光光源因其在激光医疗、人眼安全雷达、环境监测和非金属加工等领域的广泛应用而受到极大关注。作为获得锁模脉冲的可饱和吸收材料之一的石墨烯,因在光学和电学方面优异的性能而在众多锁模材料中脱颖而出。目前,石墨烯锁模器件的构建方法通常可分为透射型和反射型两大类,但上述两种方法因存在调制深度低、难以实现全光纤化运行等显著缺点,因而不能实现大规模推广应用。基于上述的问题,本文通过研究光在微纳光纤中的传输原理,结合石墨烯材料的优异性能,设计了一种新型结构的石墨烯锁模器件,并在2μm掺铥光纤激光器中对其锁模特性进行了详细研究。首先,本文在阐述近十年2μm被动锁模光纤激光器的基础上,对锁模方式、锁模结构和增益光纤类型等进行了归纳和总结。以此为基础,本文确立了以环形腔为谐振腔、793 nm波长激光器为泵浦源、掺铥光纤为增益介质、自制的覆石墨烯锥形微纳光纤复合波导为锁模器件的整体方案。为优化输出激光质量,腔内还被加入隔离器保持光的单向传输、标准单模光纤提高激光峰值功率和超大数值孔径光纤来补偿腔内负色散。其次,根据整体方案的设计,本文针对掺铥光纤激光器的泵浦方案和最佳增益光纤长度进行了优化研究。研究...
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锁模光纤激光器环形腔的典型结构示意图
图 1.4 锁模光纤激光器线形腔的典型结构示意图1.2.2 国内外研究现状2 μm 锁模光纤激光器在构成上主要分为泵浦源、掺杂增益光纤、光纤谐振腔和光调制器四部分。其中，泵浦源和掺杂增益光纤的搭配决定了激光器输出激光的主要波段，而光调制器是决定锁模光纤激光器能否锁模的关键性器件。目前，实现2 μm波段光源输出的掺杂增益光纤主要可分为掺铥光纤(Thulium Doped FibeTDF)、掺钬光纤(Holmium Doped Fiber, HDF)和铥钬共掺光纤(Thulium HolmiumCo-doped Fiber, THDF)，而要实现激光器锁模采用的技术主要分为主动锁模、被动锁模以及主被动锁模相结合。根据前面的分析，主动锁模和主被动混合锁模光纤激光器都需要在谐振腔内引入光纤化程度很低的光调制器，组建的激光系统不仅体积庞大，而且环境稳定性极差，所以本文最终选择被动锁模作为激光器锁模的技术。此外，相较于短波段(1.55 μm 波段和 1 μm 波段)，2 μm 波段拥有在水分子
(Cross Relaxation, CR)作用也会随之提高，这样，最终得到高效率输出的激光；而包层泵浦技术耦合进纤芯，完成高效抽运。由于铥离子拥激发带(1.6~2.2 μm)，因此设计掺铥光纤激光器。在确定的泵浦方案下，激光器应该存在一个最烈的吸收作用而降低激光器的输出功率；过短则过研究铥离子的吸收/发射特性来确立合适的泵掺铥光纤激光器的速率方程模型，利用龙格-方案下带 CR 项的泵浦光功率和信号光功率沿，并通过特性曲线找到确定掺杂浓度下的最佳掺相关特性
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于石墨烯可饱和吸收体的纳秒锁模掺铥光纤激光器[J]. 王小发,张俊红,高子叶,夏光琼,吴正茂. 物理学报. 2017(11)
[2]Mode-locked thulium-doped fiber laser based on 0.3 nm diameter single-walled carbon nanotubes at 1.95 μm[J]. 陈燕平,翟剑庞,许新统,李玲,王金章,张敏,阮双琛,汤子康. Chinese Optics Letters. 2017(04)
[3]Graphene oxide paper as a saturable absorber for Er- and Tm-doped fiber lasers[J]. Jakub Boguslawski,Jaroslaw Sotor,Grzegorz Sobon,Rafal Kozinski,Krzysztof Librant,Magdalena Aksienionek,Ludwika Lipinska,Krzysztof M.Abramski. Photonics Research. 2015(04)
[4]Soliton mode-locked fiber laser based on topological insulator Bi2Te3 nanosheets at 2 μm[J]. Ke Yin,Bin Zhang,Lei Li,Tian Jiang,Xuanfeng Zhou,Jing Hou. Photonics Research. 2015(03)
[5]Mode-locked 2 μm fiber laser with a multi-walled carbon nanotube as a saturable absorber[J]. S.M.Azooz,F.Ahmad,H.Ahmad,S.W.Harun,B.A.Hamida,S.Khan,A.Halder,M.C.Paul,M.Pal,S.K.Bhadra. Chinese Optics Letters. 2015(03)
[6]高能量全光纤结构被动锁模2.0μm掺铥超短脉冲光纤激光器[J]. 刘江,徐佳,王潜,王璞. 中国激光. 2012(06)
[7]掺铥光纤激光器研究进展[J]. 黎大军,杜戈果. 激光技术. 2007(05)
硕士论文
[1]掺铥光纤激光器的实验研究[D]. 嵇叶楠.北京交通大学 2009
[2]锥形微纳光纤传输特性研究[D]. 高淑娟.浙江大学 2008
本文编号：3489473
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锁模光纤激光器环形腔的典型结构示意图
图 1.4 锁模光纤激光器线形腔的典型结构示意图1.2.2 国内外研究现状2 μm 锁模光纤激光器在构成上主要分为泵浦源、掺杂增益光纤、光纤谐振腔和光调制器四部分。其中，泵浦源和掺杂增益光纤的搭配决定了激光器输出激光的主要波段，而光调制器是决定锁模光纤激光器能否锁模的关键性器件。目前，实现2 μm波段光源输出的掺杂增益光纤主要可分为掺铥光纤(Thulium Doped FibeTDF)、掺钬光纤(Holmium Doped Fiber, HDF)和铥钬共掺光纤(Thulium HolmiumCo-doped Fiber, THDF)，而要实现激光器锁模采用的技术主要分为主动锁模、被动锁模以及主被动锁模相结合。根据前面的分析，主动锁模和主被动混合锁模光纤激光器都需要在谐振腔内引入光纤化程度很低的光调制器，组建的激光系统不仅体积庞大，而且环境稳定性极差，所以本文最终选择被动锁模作为激光器锁模的技术。此外，相较于短波段(1.55 μm 波段和 1 μm 波段)，2 μm 波段拥有在水分子
(Cross Relaxation, CR)作用也会随之提高，这样，最终得到高效率输出的激光；而包层泵浦技术耦合进纤芯，完成高效抽运。由于铥离子拥激发带(1.6~2.2 μm)，因此设计掺铥光纤激光器。在确定的泵浦方案下，激光器应该存在一个最烈的吸收作用而降低激光器的输出功率；过短则过研究铥离子的吸收/发射特性来确立合适的泵掺铥光纤激光器的速率方程模型，利用龙格-方案下带 CR 项的泵浦光功率和信号光功率沿，并通过特性曲线找到确定掺杂浓度下的最佳掺相关特性
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于石墨烯可饱和吸收体的纳秒锁模掺铥光纤激光器[J]. 王小发,张俊红,高子叶,夏光琼,吴正茂. 物理学报. 2017(11)
[2]Mode-locked thulium-doped fiber laser based on 0.3 nm diameter single-walled carbon nanotubes at 1.95 μm[J]. 陈燕平,翟剑庞,许新统,李玲,王金章,张敏,阮双琛,汤子康. Chinese Optics Letters. 2017(04)
[3]Graphene oxide paper as a saturable absorber for Er- and Tm-doped fiber lasers[J]. Jakub Boguslawski,Jaroslaw Sotor,Grzegorz Sobon,Rafal Kozinski,Krzysztof Librant,Magdalena Aksienionek,Ludwika Lipinska,Krzysztof M.Abramski. Photonics Research. 2015(04)
[4]Soliton mode-locked fiber laser based on topological insulator Bi2Te3 nanosheets at 2 μm[J]. Ke Yin,Bin Zhang,Lei Li,Tian Jiang,Xuanfeng Zhou,Jing Hou. Photonics Research. 2015(03)
[5]Mode-locked 2 μm fiber laser with a multi-walled carbon nanotube as a saturable absorber[J]. S.M.Azooz,F.Ahmad,H.Ahmad,S.W.Harun,B.A.Hamida,S.Khan,A.Halder,M.C.Paul,M.Pal,S.K.Bhadra. Chinese Optics Letters. 2015(03)
[6]高能量全光纤结构被动锁模2.0μm掺铥超短脉冲光纤激光器[J]. 刘江,徐佳,王潜,王璞. 中国激光. 2012(06)
[7]掺铥光纤激光器研究进展[J]. 黎大军,杜戈果. 激光技术. 2007(05)
硕士论文
[1]掺铥光纤激光器的实验研究[D]. 嵇叶楠.北京交通大学 2009
[2]锥形微纳光纤传输特性研究[D]. 高淑娟.浙江大学 2008
本文编号：3489473
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