【摘 要】
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光纤作为光纤激光器最重要的组成部分,由于具有良好的柔绕性,可以使光纤激光器设计得灵活和小巧,从而易于系统集成、性价比高等。并且,光纤激光器在材料加工、通讯、医疗、军工等领域都有着非常广泛的应用。此外,掺镱(Yb3+)、掺铒(Er3+)和掺铥(Tm3+)等稀土掺杂光纤的研究与发展极大地促进了光纤激光器领域的发展。其次,在光纤通信应用领域,由于稀土掺杂介质在光纤中能够引起增益机制从而实现光放大,使光纤
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光纤作为光纤激光器最重要的组成部分,由于具有良好的柔绕性,可以使光纤激光器设计得灵活和小巧,从而易于系统集成、性价比高等。并且,光纤激光器在材料加工、通讯、医疗、军工等领域都有着非常广泛的应用。此外,掺镱(Yb3+)、掺铒(Er3+)和掺铥(Tm3+)等稀土掺杂光纤的研究与发展极大地促进了光纤激光器领域的发展。其次,在光纤通信应用领域,由于稀土掺杂介质在光纤中能够引起增益机制从而实现光放大,使光纤激光器有利于大容量和远距离通信。伴随着单原子层的石墨烯(graphene)材料被成功分离出来,从而有了二维(2D)材料这一全新的概念。自此以后,对2D材料的研究蓬勃发展,如黑磷(BP)、过渡金属碳化物和氮化物(MXene)、过渡金属硫化物(TMDs)、铁磁绝缘体(FI)和拓扑绝缘体(Tls)等2D材料相继被分离出来,并且在物理、化学、生物医学等领域有着相当广泛的应用与研究。带隙可调作为2D材料的特性,使得2D材料可以作为一种优秀的光电子器件。当下,2D材料作为可饱和吸收体(SA)在产生超短脉冲和各种类型的光孤子光纤激光器中发挥着举足轻重的作用。本论文主要的工作,是对基于新型2D材料TMDs二硒化锆(ZrSe2)和FI Cr2Ge2Te6(CGT)SA掺铒光纤激光器(EDFL)所产生的多种脉冲输出特性进行研究。具体研究工作如下:1.首先使用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱仪(EDS)、拉曼仪(Raman)和透射电子显微镜(TEM)等仪器对ZrSe2和CGT材料的形貌特性和纯度进行了实验研究;其次,将两种材料分别与浓度为75%的酒精混合,经过超声之后,均获得了平均厚度为几纳米的纳米片;最后,基于液相剥离法分别制备了ZrSe2-polyvinyl alcohol(PVA)和CGT-PVA薄膜,将其分别放在法兰头的端面上作为SA,并对ZrSe2-PVA和CGT-PVA薄膜的非线性饱和吸收特性和透射率分别进行了实验研究。2.基于ZrSe2-PVA SA,搭建了不同长度和不同净色散参数的EDFL。(1)EDFL环形腔的总长度约为59.9 m,腔内净色散为-1.27 ps~2时,在泵浦的不同输出功率下获得了重复频率和脉冲间隔依次为3.43 MHz和0.30μs的双波长和单波长锁模脉冲输出。脉冲宽度为1.65 ps、最大输出功率为7.54 m W的单波长锁模脉冲在313.9 m W泵浦功率下获得;调节泵浦功率到280.1 m W,成功获得了中心波长位于1559.4 nm和1559.8 nm的双波长锁模脉冲输出,光谱的3-d B带宽均为0.1 nm。(2)通过重新搭建激光环形腔和制备较大调制深度的ZrSe2-PVA SA(饱和强度为10.12 MW/cm~2,调制深度为23.10%),成功获得了在80.0m W-529.3 m W(泵浦源的最大输出功率)的泵浦输出功率范围内稳定的锁模脉冲。锁模脉冲EDFL的最大输出功率和最大单脉冲能量依次为16.75 m W、3.75 n J,这与以前所报道的基于相同材料SA的锁模EDFL相比,具有一定的提高,进一步证明了ZrSe2出色的非线性光学特性和热稳定性。3.搭建了基于CGT-PVA SA的EDFL,稳定的调Q脉冲操作在泵浦功率调节到163.8m W时获得,这是首次对基于CGT-PVA SA的调Q脉冲EDFL的研究。调Q脉冲EDFL的最大输出功率、重复频率的调谐范围、最窄脉冲宽度和最大单脉冲能量依次为441.6μW、25.4 k Hz-45.8 k Hz、1.76μs和12.35 n J。实验结果进一步拓展了CGT纳米材料在光纤激光器领域的应用,为研究基于CGT SA的调Q脉冲光纤激光器提供了实验参考。
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