基于石墨烯饱和吸收体的2微米锁模光纤激光器的数值研究

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2μm波段的激光由于位于人眼安全波段,且碳氢化合物对该波段有强烈的吸收作用,因而在生物医疗、国防军事和环境监测等领域的应用优势日益凸显。目前备受国内外研究者的青睐,成为近年来的研究热点。本文对基于石墨烯饱和吸收体的2μm锁模光纤激光器进行了数值研究,主要内容包括:首先,从掺铥光纤的能级结构出发,推导了掺铥光纤的行波速率方程并对其进行了数值求解;利用分步傅里叶算法对掺铥光纤非线性传输方程进行数值求解。基于上述两种掺铥光纤的理论模型和对应的数值化方法,仿真分析了光脉冲在掺铥光纤中的传输演变。其次,基于掺铥光纤的行波速率方程和非线性方程、单模光纤的非线性传输方程、石墨烯饱和吸收体理论模型,得到了掺铥锁模光纤激光器的理论模型,并进行了数值分析,研究了锁模起振过程。在掺铥光纤长度2m、单模光纤长度2m、饱和吸收体吸收率0.3及饱和功率30W、泵浦功率2W的条件下,实现了稳定的锁模脉冲。经计算输出脉冲半高全宽15ps、峰值功率127W、脉冲能量1.9n J。最后,利用上述锁模掺铥光纤激光器的理论模型和数值化方法,研究了石墨烯饱和吸收体调制深度和饱和功率对输出脉冲功率和脉冲宽度的影响,分析了腔内色散对锁模脉冲宽度和光谱的影响。仿真结果得出:当保持其它参数不变,将调制深度从0.2增加到0.6时,脉冲宽度由17ps减少到12ps,脉冲的峰值功率值从143.4W减少到76.9W。当调制深度不变,饱和功率20W增加到60W时,峰值功率值从142W降低到98.8W;当调节腔内净色散值在-0.434ps~2到1.362ps~2之间范围时,输出脉冲半高全宽从9ps展宽到26.1ps,孤子光谱的边带数逐渐减少。
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