基于新型可飽和吸收體的被動(dòng)調(diào)Q和被動(dòng)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(diǎn)，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(xué)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(dòng)調(diào)Q和被動(dòng)鎖模激光器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低廉、環(huán)境穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。所以，我們可以說(shuō)，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(xué)的進(jìn)步，相繼涌現(xiàn)出像碳納米管(CNT)、石墨烯(Graphene)、過(guò)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(jià)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(duì)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(dòng)調(diào)Q和被動(dòng)鎖模光纖激光器

3、以及全光纖的被動(dòng)調(diào)Q和被動(dòng)鎖模軸對(duì)稱偏振光束(CVB)激光器。論文的最后，我們還對(duì)光纖激光器輸出光場(chǎng)的勻滑技術(shù)進(jìn)行了研究，以便應(yīng)用在各種需要光滑平頂光束的場(chǎng)合。
　　本論文的主要研究工作有:
　　1、在實(shí)驗(yàn)上分別采用z掃描和雙臂探測(cè)法研究了一種新型過(guò)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(yàn)證了它的偏振無(wú)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(dòng)調(diào)Q光纖激光器和摻鐿被動(dòng)調(diào)Q光纖激光器。對(duì)于摻鉺調(diào)Q激光器，當(dāng)泵浦功率從279mW增加到609mW時(shí)，調(diào)Q脈沖重復(fù)頻率從88.67kHz增加至157.29kHz，對(duì)應(yīng)的脈寬從1.24μs減小到917ns，單脈沖能量最大達(dá)89.23nJ。在摻鐿調(diào)Q激光器中，我們通過(guò)加入可調(diào)濾波器，實(shí)現(xiàn)了工作波長(zhǎng)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(zhǎng)1048.1nm的情況下，通過(guò)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(dòng)鎖模光纖激光器。通過(guò)合理設(shè)計(jì)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(shí)間帶寬積為30，帶有非常大的啁

6、啾，脈寬可在腔外得到進(jìn)一步壓縮。
　　4、提出了一種全光纖被動(dòng)調(diào)Q和被動(dòng)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(shí)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(wú)關(guān)特性，最終在保證調(diào)Q和鎖模脈沖輸出的同時(shí)，獲得了高純度的軸對(duì)稱偏振光。相較于其它方案，該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸對(duì)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(duì)激光慣性約束核聚變和激光投影、激光顯示中對(duì)靶面輻照均勻性的要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種多束激光錯(cuò)位疊加和陣列透鏡結(jié)合的束勻滑整形方案。通過(guò)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(xì)研究了各個(gè)參數(shù)對(duì)靶面勻滑效果的影響。最后，我們還在實(shí)驗(yàn)上對(duì)方案進(jìn)行了驗(yàn)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(diǎn):
　　1、首次將WS2的應(yīng)用擴(kuò)展到1064nm波段，

8、實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)和重復(fù)頻率同時(shí)可調(diào)的摻鐿調(diào)Q光纖激光器，保證波長(zhǎng)在1027-1065nm間連續(xù)可調(diào)的同時(shí)，穩(wěn)定調(diào)Q狀態(tài)始終存在;另外，我們也實(shí)現(xiàn)了基于WS2的摻鐿被動(dòng)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(dòng)調(diào)Q軸對(duì)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(guò)調(diào)節(jié)腔內(nèi)的偏振控制器，在調(diào)Q狀