新型二维材料被动调Q/锁模掺Er或Tm/Ho光纤激光器的研究

摘要

脉冲光纤激光器能够输出极高的峰值功率，拥有很窄的脉冲宽度，所以在很多领域有着重要的实用价值，特别在光通信、工业加工，传感测距，军事，医疗以及生物医学等方面有着广泛的应用。因此，脉冲光纤激光技术一直是激光研究领域的前沿热点。产生脉冲激光的常用途径主要分为调Q和锁模。调Q脉冲又俗称巨脉冲，可获得大能量脉冲;锁模脉冲则是峰值功率极高，脉冲宽度极窄，重复频率较高。相对于需要外加调制器的主动调Q/锁模，被动调Q/锁模技术更受青睐。而对于被动调Q/锁模光纤激光器而言，选择性能优异的可饱和吸收体成为了一个至关重要的要素。自2004年人们发现了石墨烯这一具有众多奇特性能的二维材料以来，科学家又陆续发现了多种优越的二维材料可饱和吸收体，比如过渡金属硫化物，拓扑绝缘体，黑磷等。它们凭借其易于光纤集成，恢复时间快，工作波长广，损伤阈值高等特点在光纤脉冲激光领域大放异彩。本文围绕光纤脉冲激光器，基于新型二维材料进行了被动调Q/锁模掺Er或Tm/Ho光纤激光器的研究。主要工作包括:
　　1.利用1212nm及1565nm光源分别泵浦同一铥钬共掺光纤激光腔，获得了2μm激光输出，对比研究了其输出特性:我们发现采用1212nm激光源作为泵浦源具有更高的效率。在此基础上，我们首次实现了基于石墨烯可饱和吸收体的1212nm高效泵浦2μm调Q/锁模Tm/Ho共掺光纤激光器。
　　2.我们探究了新型二维材料—硒化钼(MoSe2)的非线性吸收特性，发现少层MoSe2不仅具有优异的可饱和吸收特性，而且在较高光强也具有多光子吸收特性。实验上，我们进一步实现了基于MoSe2被动锁模掺Er光纤激光器，产生了1.45 ps超短锁模脉冲激光。
　　3.拓扑绝缘体也展现出惊人的优异特性（例如，大的调制深度），我们基于拓扑绝缘体Bi2Te3也实现了1.5μm波段掺Er被动调Q光纤激光器。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 光纤激光器的发展及研究意义

1．2 光纤激光器的分类

1．3 脉冲光纤激光器

1．3．1 调Q光纤激光器

1．3．2 锁模光纤激光器

1．4 可饱和吸收体

1．5 本论文研究目的及主要工作

第二章 基于纳米材料的可饱和吸收体介绍

2．1 碳纳米管

2．2 石墨烯的结构，制备方式及相关物理性质

2．2．1 石墨烯的结构

2．2．2 石墨烯的制备方法

2．2．3 石墨烯的相关物理特性

2．3．二维过渡金属硫化物

2．3．1 过渡金属硫化物的结构

2．3．2 过渡金属硫化物的相关性质及应用

2．4 拓扑绝缘体

2．5 黑磷

第三章 1212 nm高效泵浦2 μm调Q／锁模Tm／Ho共掺光纤激光器的研究

3．1 实验设计思路

3．2 搭建1212 nm掺磷拉曼光纤激光器

3．3 搭建1565 nm铒镱共掺光纤激光器

3．4 1212 nm／1565 nm泵浦铥钬共掺光纤对比实验

3．5 1212 nm高效泵浦铥钬共掺光纤2 μm调Q光纤激光器

3．5．1 实验装置

3．5．2 实验结果及分析

3．6 1212 nm高效泵浦铥钬共掺光纤2 μm被动锁模光纤激光器

3．6．1 实验装置

3．6．2 实验结果及分析

3．7 总结

第四章 基于硒化钼(MoSe2)非线性吸收的被动锁模掺Er光纤激光器

4．1 少层MoSe2的制备方法

4．2 少层硒化钼的非线性吸收

4．3 硒化钼被动锁模孤子光纤激光器

4．3．1 实验装置

4．3．2 实验结果分析

4．4 总结

第五章 基于拓扑绝缘体Bi2Te3的1．5 μm调Q光纤激光器

5．1 拓扑绝缘体Bi2Te3的制备方法

5．2 实验装置

5．3 实验数据处理及结果分析

5．3．1 基于拓扑绝缘体Bi2Te3的1．5 μm掺铒被动调Q光纤激光器的光谱分析

5．3．2 基于拓扑绝缘体Bi2Te3的1．5 μm掺铒被动调Q光纤激光器的时域分析

5．3．3 激光器的频域分析

5．3．4 激光器的重复频率和脉冲持续时间

5．3．5 基于拓扑绝缘体Bi2Te3的1．5 μm掺铒被动调Q光纤激光器的斜效率

5．4 总结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

硕士期间获得的研究成果

致谢