基于石墨烯填充微结构光纤的光纤激光器的研究

摘要

随着光纤激光技术的发展，对被动锁模光纤激光器的研究取得新的进展，它不仅能够在输出端直接输出超短脉冲，而且输出脉冲的质量优于传统的激光器，除此之外，它还具有体积小、重量轻等优点，因此，被动锁模光纤激光器在研究超短脉冲激光光源方面受到人们的关注。单模光纤是制备光纤激光器锁模器使用最多的载体光纤，但其纤芯直径小、单模传输的面积小等不足，在高光功率输入时就会产生非线性效应和热损耗，影响光纤激光器的性能。微结构光纤与传统的单模光纤相比，具有色散可控、高非线性效应和无休止的单模传输等优势，因此微结构光纤有利于高性能光纤激光器的研究。石墨烯由于其特殊的原子结构，因此具有许多优良的光学特性，线性能带结构、可操作的波长范围宽以及耦合损耗小；石墨烯所具有的这种能带结构，使其具有其他碳材料不具有的优势，具有超快的恢复时间、更高的损伤阈值、更低的饱和强度以及在透射、反射、双向模式中可操作的能力，在被动锁模光纤激光器领域被大家广泛研究。
　　将石墨烯与微结构光纤有机结合起来制备光纤激光器的锁模器，可以充分利用石墨烯和微结构光纤优秀的光学特性，实现高性能锁模脉冲的输出。本文的研究工作主要包括：
　　1.对LMA-10光纤的传输特性进行了模拟仿真，当波长为1550 nm的光在LMA-10光纤中传输时，将会激起一些低阶模式，线偏振模LP01模，TE模的TE01模、TE02模、TE03模和TE04模，TM模的TM01模、TM02模、TM03模和TM04模。并从理论上分析了当微结构光纤的结构确定时，特定波长所能激起的模式也已确定。
　　2.利用抽真空的方法将石墨烯分散液填充到LMA-8光纤和LMA-10光纤的包层空气孔中，并测试了填充后的LMA-10光纤的透射特性。当温度变化时，填充后的LMA-10光纤的透射谱发生变化，说明温度变化将会影响填充石墨烯的LMA-10光纤的传输特性，因此整个激光器实验过程都应在恒温下进行。
　　3.实验中搭建的激光器腔为环形腔，并分别将填充后的LMA-8光纤和LMA-10光纤集成到激光器腔内。通过调节腔内的偏振控制器，集成LMA-8光纤的激光器输出脉冲的中心波长为1562 nm，得到重复率分别为154 MHz、232 MHz、499 MHz以及698 MHz的脉冲序列，输出的平均功率为1.4 mW。集成LMA-10光纤的激光器输出脉冲的中心波长为1566.5 nm，得到重复率分别为6.95 MHz和7.12 MHz的脉冲序列，输出的平均功率为1 mW。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究目的和意义

1.2 被动锁模光纤激光器的国内外研究现状

1.3 被动锁模光纤激光器种类和特点

1.4 本论文的主要内容

第二章 被动锁模光纤激光器的锁模原理

2.1 锁模光纤激光器中的脉冲传输方程

2.2 被动锁模光纤激光器的物理机制

2.3 被动锁模光纤激光器的锁模原理

2.4本章小结

第三章 石墨烯的制备和微结构光纤的模式特性

3.1 石墨烯的制备及其光学特性

3.2 LMA-10光纤模式特性分析

3.3 本章小结

第四章 石墨烯锁模光纤激光器的实验研究

4.1 石墨烯可饱和吸收体的制备和特性

4.2 石墨烯可饱和吸收体光纤激光器的实验装置

4.3 实验结果分析

4.4本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢