基于四氧化三铁纳米材料的脉冲光纤激光器研究

论文摘要

脉冲光纤激光器广泛应用于光纤通信、工业加工、激光测距等方面。高重复频率的超短脉冲激光以其脉冲宽度窄、峰值功率高、光谱范围广的特点,成为激光领域研究的重要方向。目前获得高重复频率超短脉冲激光的主要方法是激光锁模技术,包括:非线性偏振旋转技术,非线性环形镜技术,饱和吸收技术,其中利用饱和吸收技术是实现光纤激光器锁模脉冲输出的主要手段。近年来纳米材料科学的飞速发展极大促进了脉冲光纤激光器的进步。可实现激光脉冲锁模的光学材料主要包括碳纳米管、石墨烯、石墨炔、拓扑绝缘体、过渡金属硫化物等,同时,以磁性材料四氧化三铁由于能量带隙可控、响应时间短的优点,在脉冲光纤激光器的研究中充当重要角色。本论文以四氧化三铁纳米材料作为饱和吸收体,在环形腔光纤激光器中不但得到了中心波长在1530nm的调Q脉冲,同时也观测到了耗散孤子谐振现象,得到了脉冲宽度为lOns的方波锁模脉冲,并且在此基础上实现了谐波锁模脉冲的输出,在以四氧化三铁为饱和吸收体的被动锁模光纤激光器的研究中取得了较大进展,为以后的实验研究提供了一定的技术参考。本论文的主要工作包括:第一,利用四氧化三铁纳米材料饱和吸收体制成锁模器件,在掺铒环形腔光纤激光器中观察到了耗散孤子谐振现象,重复频率为7.69MHz,脉冲宽度随能量在10～20ns范围变化且脉冲为形状不变的方波脉冲,相应最大光谱宽度为1.05nm,最大脉冲能量为1.032nJ,实验验证了四氧化三铁纳米材料在环形光纤激光器中实现脉冲锁模方案的可行性,为以后锁模脉冲光纤激光器的研究提供了一定的技术支持。第二,基于四氧化三铁饱和吸收体,在掺铒环形腔光纤激光器中观察了谐波脉冲现象。通过调节腔内激光偏振态来对激光腔内的相邻孤子之间的相位差进行控制,改变脉冲中孤子成分与非孤子成分之间的相互作用,实现腔内孤子均匀分布,产生谐波脉冲。在实验中通过调节激光器中的偏振控制装置,在激光器输出端观察到了二到六阶的谐波脉冲,对应的激光重复频率分别为15.38MHz,23.07MHz,30.76MHz,38.45MHz和46.15MHz,通过对脉冲激光特性的分析,认为这种谐波的形成与腔内孤子间的相互作用有关,相邻孤子间频率差减小,孤子相互靠近,频率差增大,孤子相互远离,调节腔内光的偏振态使两种状态相互转换,达到孤子重新分布的目的。为后续谐波脉冲光纤激光器的研究提供了数据支持。第三,在环形腔掺铒光纤激光器中,利用四氧化三铁纳米材料作为饱和吸收体充当Q开关,实验得到了中心波长为1530nm的调Q脉冲,脉冲重复频率和宽度分别随泵浦功率的升高而线性升高和非线性减小。证明了四氧化三铁纳米材料饱和吸收体作为Q开关的可行性。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘瑞生

导师: 李晓辉,高存孝

关键词: 脉冲光纤激光器,耗散孤子谐振,四氧化三铁可饱和吸收体

来源: 陕西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,材料科学,无线电电子学

单位: 陕西师范大学

分类号: TN248;TB383.1

总页数: 82

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