基于二硫化锡掺铒光纤锁模激光器的研究

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随着科学技术的发展,由于光纤激光器具有光的利用效率高、多功能化和制作和维护成本低等优点,其在激光行业中已经取得了很大的市场份额。特别的,锁模光纤激光器作为激光器的一种,在2019年已经初步实现了人工智能化。加上其脉冲持续时间和输出功率逐步接近固体激光器,所以它已经受到越来越多研究者的青睐。在锁模激光器中有一种输出方式称为束缚态脉冲,最近,科学家利用时间拉伸色散傅里叶变换技术对束缚态脉冲的内在机理进行探究。低阶束缚态脉冲的形成机理逐渐清晰。但是,对于高阶束缚态脉冲的形成机理还未揭晓。因此,以束缚态脉冲为研究课题具有重要的意义。二维材料由于其具有很容易与光纤系统集成、成本低和大的工作带宽等特点,现在广泛的作为可饱和吸收体(SA)应用在锁模光纤激光器中。其中,石墨烯作为二维材料中重要的一员,在高温耐磨材料、柔性显示器、高性能热传感器等方面已经大量的投入使用。然而,在光电应用方面它还是有一些限制。例如,带隙单一就是一个缺陷。因此,人们将注意力转向其它具有类石墨烯结构的二维材料。二硫化锡纳米片作为二维材料的一种,是一种具有可调带隙的n型半导体材料。然而,目前很少有研究二硫化锡和光相互作用的工作。所以,研究二硫化锡作为SA应用在光纤激光器中很有必要。本文首先采用液相剥离法制备了二硫化锡纳米片。并用X射线衍射仪、紫外-可见-近红外吸收光谱仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱仪和元素能谱分析仪对制备的二硫化锡纳米片进行了光学表征。其次,利用熔融法拉制了损耗较小的拉锥光纤,并利用光学沉积法制备了基于二硫化锡的SA。当激光通过拉锥光纤的锥区时,透出的光形成一个倏逝场。利用此优势可以增加SA的损伤阈值。另外,搭建了非线性偏振旋转飞秒掺铒光纤激光器对SA的非线性性能进行了测试。种子源输出脉冲的中心波长和脉冲宽度分别为1568nm和680 fs。基于二硫化锡的SA具有2.2%的调制深度和29.5 MW/cm2的饱和光强。最后,将二硫化锡应用于EDFL,当泵浦功率为186mW时,获得了稳定的锁模状态。脉冲光谱的中心波长和3-dB谱宽分别为1562 nm和2.7 nm。脉冲宽度经过高斯拟合后为1.06ps。输出脉冲的周期是139ns。信噪比为67.3 dB,表明输出脉冲信号良好。经过计算,时间带宽积约为0.76,说明腔内有比较少的啁啾。除此之外,我们研究了传统孤子到束缚态脉冲的演化过程,并得到了光谱调制周期为1 nm的十一阶束缚态脉冲。综上所述,本文的主要工作利用光沉积法将二硫化锡纳米片沉积在拉锥光纤周围制备了基于二硫化锡的可饱和吸收体,并将其应用在掺铒光纤激光当中。这种方法提高了可饱和吸收器件的损伤阈值,而且成本较低。另外,我们从激光器中获得了阶数可调的束缚态脉冲。为研究高阶束缚态脉冲做了很好的一个铺垫工作。
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