基于二维材料的锁模光纤激光器研究

发布时间：2017-08-15 16:12

  本文关键词：基于二维材料的锁模光纤激光器研究

  更多相关文章： 被动锁模光纤激光器 石墨烯 过渡金属硫化物 范德瓦尔斯异质结 波长调谐

【摘要】：被动锁模光纤激光器是一种重要的激光器,其输出脉冲具有脉宽极窄、峰值功率高和光谱宽等特点,这使得被动锁模光纤激光器在非线性光学、高速光通讯、生物医学工程、激光微加工和激光雷达等多个领域都有着广泛的应用。最近出现的新型二维材料如石墨烯(Graphene)、过渡金属硫化物(包括层状二硫化钼(Mo S2)、二硫化钨(WS2))等,因为其良好的电子学和光学特性,已引起各国科学家的广泛关注,基于二维材料的锁模光纤激光器成为当下激光技术领域的研究热点。所以,该项研究具有重要的学术意义和应用价值。本文的主要研究内容如下:首先,采用化学气相沉积(CVD)法制备了少数层(few-layer)Mo S2,并表征了其材料特征和光可饱和吸收特性。搭建了基于该少数层Mo S2的被动锁模光纤激光器,获得了稳定的锁模孤子脉冲输出。获得脉冲输出中心波长为1571.3 nm、光谱宽度为2.8 nm、脉冲宽度为0.91 ps。另外,还分析讨论了激光谐振腔的净色散与脉冲宽度的关系,并通过数值模拟对已报道的实验结果进行了进一步的佐证。其次,采用CVD法制备了石墨烯、层状Mo S2和WS2,并通过独特的转移工艺制备得到Graphene/Mo S2异质结和Graphene/WS2异质结。表征了这两种异质结的材料特征和可饱和吸收特性,然后分别搭建了基于这两种异质结的被动锁模光纤激光器,都获得了稳定的锁模孤子脉冲。利用基于Graphene/Mo S2异质结的锁模光纤激光器,获得了中心波长为1571.8 nm、光谱宽度为3.5 nm、脉冲宽度为0.84ps的稳定孤子脉冲输出;利用基于Graphene/WS2异质结的锁模光纤激光器,获得了中心波长为1561.5 nm、光谱宽度为3.4 nm、脉冲宽度为0.78 ps的稳定孤子脉冲输出。最后,建立了利用光纤双折射效应实现石墨烯锁模光纤激光器波长调谐的物理模型,数值模拟了该激光器的波长调谐特性,并与已报道的实验结果对照分析。数值模拟结果显示,在净色散为负的激光腔中,通过调节光纤的双折射,实现了锁模脉冲的中心波长在1554 nm到1566 nm范围内的调谐;在净色散为正的激光腔中,通过调节光纤双折射,实现了锁模脉冲的中心波长在1556 nm到1564 nm范围内的调谐。数值模拟的结果与已报道的实验结果是一致的。
【关键词】：被动锁模光纤激光器 石墨烯 过渡金属硫化物 范德瓦尔斯异质结 波长调谐
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-25
• 1.1 引言10-12
• 1.2 掺铒光纤激光器12-14
• 1.2.1 掺铒光纤放大器12
• 1.2.2 掺铒光纤激光器12-14
• 1.3 被动锁模光纤激光器14-19
• 1.3.1 被动锁模原理14-16
• 1.3.2 常见的被动锁模光纤激光器16-19
• 1.3.2.1 非线性光纤环形镜锁模光纤激光器16-17
• 1.3.2.2 非线性偏振旋转锁模光纤激光器17-18
• 1.3.2.3 可饱和吸收体锁模的光纤激光器18-19
• 1.4 二维材料在被动锁模中的应用19-23
• 1.4.1 石墨烯在被动锁模中的应用19-22
• 1.4.2 新型二维纳米材料在被动锁模中的应用22-23
• 1.5 本论文的主要研究内容23-25
• 第二章 被动锁模光纤激光器的理论基础25-36
• 2.1 光脉冲在光纤中的传输特性25-28
• 2.1.1 光纤中的色散效应25-26
• 2.1.2 光纤中的双折射效应26-27
• 2.1.3 光纤中的非线性效应27-28
• 2.2 单模光纤中的光脉冲传输28-29
• 2.3 掺铒光纤中的光脉冲传输29-31
• 2.4 锁模光纤激光器的物理模型和数值模拟方法31-35
• 2.4.1 真实可饱和吸收体的物理模型32-33
• 2.4.2 锁模光纤激光器的数值模拟方法33-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 二维过渡金属硫化物锁模光纤激光器36-48
• 3.1 二维过渡金属硫化物概述36-37
• 3.2 二维过渡金属硫化物材料的制备及表征37-42
• 3.3 二硫化钼锁模光纤激光器42-45
• 3.4 激光谐振腔的净色散对脉冲宽度的影响45-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 石墨烯/过渡金属硫化物异质结锁模光纤激光器48-57
• 4.1 范德瓦尔斯异质结概述48-49
• 4.2 石墨烯/二维过渡金属硫化物异质结的制备及表征49-53
• 4.3 石墨烯/二硫化钼异质结锁模光纤激光器53-55
• 4.4 石墨烯/二硫化钨异质结锁模光纤激光器55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 波长可调谐的石墨烯锁模光纤激光器的数值模拟57-69
• 5.1 利用光纤双折射效应实现波长调谐的物理模型57-59
• 5.2 波长可调谐的石墨烯锁模光纤激光器数值模拟59-67
• 5.2.1 工作在反常色散区的激光器数值模拟59-63
• 5.2.2 工作在正常色散区的激光器数值模拟63-67
• 5.3 本章小结67-69
• 第六章 结论69-71
• 6.1 本论文工作总结69-70
• 6.2 对未来工作的展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-77
• 攻读硕士期间取得的研究成果77-78

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