论文部分内容阅读
石墨烯作为一种新型的可饱和吸收体材料,具有很多优异的光学性质,有助于改善被动调Q光纤激光器的性能。与基于半导体可饱和吸收体的被动调Q光纤激光器相比,石墨烯被动调Q光纤激光器有很多优点和潜在应用。因此,石墨烯被动调Q光纤激光器引起了人们的广泛研究,并在高重复频率、窄脉冲宽度、大脉冲能量、波长调谐等方面取得很多成果。本论文主要对基于石墨烯可饱和吸收体的被动调Q光纤激光器进行了实验研究,并获得其输出脉冲特性。在理论方面,分析了调Q的基本原理,讨论了调Q速率方程;分析了自发辐射、光纤结构、Q开关、泵浦光对调Q光纤激光器输出脉冲特性的影响;讨论了石墨烯的结构和特性,分析了石墨烯实现可饱和吸收的物理机制。在实验方面,分别搭建了环形腔结构和线形腔结构的石墨烯被动调Q掺铒光纤激光器,实现了调Q脉冲输出。环形腔结构的光纤激光器输出脉冲中心波长为1569nm,重复频率的变化范围为20.32~60.97kHz,最窄脉宽为2.91μs,最大单脉冲能量为144.17nJ;讨论了其脉冲重复频率、脉冲宽度、单脉冲能量、脉冲光谱随泵浦功率变化的特性;分析了实验中观察到的双波长现象和调Q锁模现象。线形腔结构的石墨烯被动调Q光纤激光器输出脉冲中心波长为1550nm,重复频率的变化范围为51.06~85.47kHz,最窄脉宽为1.17μs,最大单脉冲能量为25.51nJ。采用不同反射波长的光纤Bragg光栅,实现了波长从1521nm到1581nm范围内的调Q脉冲输出,波长可调范围达到60nm。获得了不同波长输出脉冲的重复频率、脉冲宽度、单脉冲能量随泵浦功率变化的特性,讨论了石墨烯宽带可饱和吸收特性对调Q的影响。采用不同石墨烯层数的调Q器件,在1550nm波长处研究了石墨烯层数对线形腔结构的石墨烯被动调Q光纤激光器输出脉冲特性的影响。实验结果表明,使用石墨烯层数较少的调Q器件,容易得到重复频率更高、脉冲宽度更窄、单脉冲能量更大的调Q脉冲。