基于新型可飽和吸收體的被動調(diào)Q和被動鎖模光纖激光器研究.pdf

1、光纖激光器具有光束質(zhì)量好、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、易于熱管理等諸多優(yōu)點，掀起了激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)的革命。而脈沖光纖激光器因脈沖能量大、峰值功率高，在工業(yè)生產(chǎn)、科學研究、激光通信等領(lǐng)域擁有極其廣泛的應(yīng)用。目前，產(chǎn)生脈沖的主要方式是采用調(diào)Q技術(shù)和鎖模技術(shù)，在這兩種技術(shù)中，可飽和吸收體(SA)都起著至關(guān)重要的作用，由它構(gòu)造的被動調(diào)Q和被動鎖模激光器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低廉、環(huán)境穩(wěn)定性高等優(yōu)點。所以，我們可以說，脈沖激光器的發(fā)展在很大程度上決定于可飽

2、和吸收材料的發(fā)展。
　　傳統(tǒng)的可飽和吸收體，如染料、半導(dǎo)體可飽和吸收鏡等，面臨著諸多缺陷，大大限制了脈沖激光器的發(fā)展。隨著材料科學的進步，相繼涌現(xiàn)出像碳納米管(CNT)、石墨烯(Graphene)、過渡金屬硫化物(TMDs)等各種新型納米材料，它們的性能得到質(zhì)的提升，價格也不斷下降，脈沖激光器借此得到蓬勃發(fā)展。本論文主要針對新型納米材料的可飽和吸收特性以及在脈沖光纖激光器中的應(yīng)用展開研究，包括基于它們的被動調(diào)Q和被動鎖模光纖激光器

3、以及全光纖的被動調(diào)Q和被動鎖模軸對稱偏振光束(CVB)激光器。論文的最后，我們還對光纖激光器輸出光場的勻滑技術(shù)進行了研究，以便應(yīng)用在各種需要光滑平頂光束的場合。
　　本論文的主要研究工作有:
　　1、在實驗上分別采用z掃描和雙臂探測法研究了一種新型過渡金屬硫化物—二硫化鎢納米片在1064nm和1550nm波段的超寬帶可飽和吸收特性，并且驗證了它的偏振無關(guān)特性和高損傷閾值，指出這是一種非常理想的可飽和吸收材料。
　　2、

4、利用二硫化鎢(WS2)和聚乙烯醇(PVA)制得的復(fù)合薄膜，我們分別搭建了基于二硫化鎢的摻鉺被動調(diào)Q光纖激光器和摻鐿被動調(diào)Q光纖激光器。對于摻鉺調(diào)Q激光器，當泵浦功率從279mW增加到609mW時，調(diào)Q脈沖重復(fù)頻率從88.67kHz增加至157.29kHz，對應(yīng)的脈寬從1.24μs減小到917ns，單脈沖能量最大達89.23nJ。在摻鐿調(diào)Q激光器中，我們通過加入可調(diào)濾波器，實現(xiàn)了工作波長在1027-1065nm間連續(xù)可調(diào)，而調(diào)Q脈沖始終穩(wěn)

5、定存在。在固定工作波長1048.1nm的情況下，通過增大泵浦功率，調(diào)Q脈沖重復(fù)頻率可以從60.2kHz增加到97.0kHz，最短脈沖寬度1.65μs。
　　3、利用垂直蒸發(fā)法制備的厚度和濃度漸變的WS2-PVA薄膜，我們搭建了基于WS2的摻鐿被動鎖模光纖激光器。通過合理設(shè)計激光器結(jié)構(gòu)和選擇合適參數(shù)的SA，最終獲得了0.55nm光譜寬度、20.66MHz重復(fù)頻率、206ps脈寬的穩(wěn)定耗散孤子脈沖。脈沖時間帶寬積為30，帶有非常大的啁

6、啾，脈寬可在腔外得到進一步壓縮。
　　4、提出了一種全光纖被動調(diào)Q和被動鎖模CVB激光器的方案，采用少模光纖光柵(FMFBG)作為橫模選擇元件，濾除基模，獲得純凈的TM01(徑向偏振光)和TE01(角向偏振光)模輸出;同時分別采用WS2-PVA和CNT-PVA作為可飽和吸收體，利用它們的可飽和吸收特性和偏振無關(guān)特性，最終在保證調(diào)Q和鎖模脈沖輸出的同時，獲得了高純度的軸對稱偏振光。相較于其它方案，該方案結(jié)構(gòu)簡單，軸對稱偏振光方便獲得

7、，調(diào)Q狀態(tài)和鎖模狀態(tài)不容易丟失。
　　5、針對激光慣性約束核聚變和激光投影、激光顯示中對靶面輻照均勻性的要求，我們設(shè)計了一種多束激光錯位疊加和陣列透鏡結(jié)合的束勻滑整形方案。通過理論分析和相關(guān)的數(shù)值模擬探討了方案的可行性，并且詳細研究了各個參數(shù)對靶面勻滑效果的影響。最后，我們還在實驗上對方案進行了驗證，最終得到不均勻度RMS低于4.6％的平頂光束。
　　本論文的創(chuàng)新點:
　　1、首次將WS2的應(yīng)用擴展到1064nm波段，

8、實現(xiàn)了波長和重復(fù)頻率同時可調(diào)的摻鐿調(diào)Q光纖激光器，保證波長在1027-1065nm間連續(xù)可調(diào)的同時，穩(wěn)定調(diào)Q狀態(tài)始終存在;另外，我們也實現(xiàn)了基于WS2的摻鐿被動鎖模光纖激光器，獲得了20.66MHz重頻、206ps脈寬的穩(wěn)定耗散孤子脈沖。
　　2、采用FMFBG作為橫模選擇元件，WS2作為調(diào)Q元件，搭建了全光纖被動調(diào)Q軸對稱偏振光束激光器，重頻在80KHz到120KHz間可調(diào)，最短脈寬958ns。通過調(diào)節(jié)腔內(nèi)的偏振控制器，在調(diào)Q狀