基于磁流体可饱和吸收体的全固态锁模激光器的研究

论文摘要

近二十年来,超快激光器被广泛应用在遥感[1]、材料处理[2]、非线性光学[3]、军事等领域,超快激光的产生方式吸引了大量科研人员的注意。被动锁模是一种产生超快激光的传统技术,因其结构简单、成本低、易于搭建等优点使其成为研究和发展的热点。在被动锁模激光器中可饱和吸收体起着至关重要的作用,可饱和吸收体（saturable absorber,SA）材料的发展很大程度上制约着被动锁模激光器的发展。自从1992年首次成功应用半导体可饱和吸收镜（SESAM）实现脉冲激光器以来[4],可饱和吸收体的数量和类型迅速增长。如碳纳米管（carbon nanotubes,CNTs）[5,6]、石墨烯（graphene）[7,8]、拓扑绝缘体（topological insulators）[9,10]、过渡金属硫化物（transition metal chalcogenides）[11]、黑磷（black phosphorus,BP）[12,13],以及其他类似的二维材料。随着纳米技术的迅速发展,由Fe3O4纳米粒子（ferroferric-oxide nanoparticles,FONPs）构成的新型功能性材料—磁流体,因其优异的物理性能引起了科研人员的广泛关注。Fe3O4纳米颗粒因其较大的表面效应使磁流体具有较大的光学非线性以及较大的弛豫时间,这使它可作为一种新型可饱和吸收体应用于激光器中实现脉冲激光输出。本文利用一种新型可饱和吸收体——磁流体,首次在全固态Nd:YVO4激光器中实现了连续锁模运转。本文主要内容如下:1.第一章详细介绍了超快激光器的特性及其应用。分别从染料锁模激光器、半导体可饱和吸镜锁模激光器、二维材料锁模激光器,概述了超快激光器的发展过程。对比了以上不同被动锁模方式的优缺点。并详细阐述了基于磁流体的脉冲激光器的发展现状。2.第二章研究了磁流体的光学特性。首先介绍了磁流体的基本概念和特性,然后详细分析了磁流体的饱和吸收的原理及过程,并详细介绍了磁流体的制备过程。最后分别从线性光学和非线性光学两方面对实验中使用的磁流体进行了光学特性表征。3.第三章是针对基于磁流体可饱和吸收体的全固态锁模激光器的研究。首先研究分析了激光器设计中所涉及的理论。然后详细介绍了激光器各部分的设计方法及过程。最后通过对比实验研究了不同参数的磁流体对于锁模激光器的影响。最终我们使用自制的磁液样品在自行设计的Z型折叠腔中首次实现了基于磁流体可饱和吸收体的连续锁模激光运转。输出的连续锁模脉宽为463ps,脉冲的重复频率为125MHz,获得的最大平均功率为856mW,对应的峰值功率为14.79W。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 马超

导师: 彭继迎

关键词: 可饱和吸收体,被动锁模,磁流体,非线性吸收特性

来源: 北京交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 北京交通大学

分类号: TN248.1

DOI: 10.26944/d.cnki.gbfju.2019.000545

总页数: 82

文件大小: 9601K

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