论文部分内容阅读
光纤激光器具有良好的稳定性、散热性、结构紧凑以及高光束质量等优点,在近年来得到飞速发展,成为激光领域的研究热点。掺铒光纤激光器(EDFL)因为刚好与通信波段的石英光纤最低损耗位置(1550 nm)吻合,最先得到发展与应用,并且日趋成熟。紧随其后的是对近红外波段一微米掺Yb光纤激光器(YDFL)和两微米掺Tm光纤激光器(TDFL)的研究。本文基于当前研究领域与市场发展的要求,系统研究了YDFL和TDFL。利用非线性偏振演化(NPE)或加入新型可饱和吸收体的方式,我们在实验中获得了具有高脉冲能量的调Q或锁模激光运转。其主要研究内容分为以下三个部分:1.在YDFL中,基于空间结构NPE和全光纤NPE锁模,分别实现了稳定锁模运转。在空间结构的振荡器中,实现了重复频率为49.21 MHz,脉冲宽度为3 ps的稳定锁模脉冲输出,最大输出功率为181 mW。基于此振荡器,微调双折射滤波片的波片架,能够实现锁模光谱中心波长从1015 nm-1045 nm之间连续可调谐,调谐过程中锁模状态保持不变。在500 mW的泵浦功率下,通过微调双折射滤波片和波片,可以获得稳定的二次谐波锁模,重频为99.64 MHz,相比基频锁模,输出功率明显下降。在全光纤结构的振荡器中,系统地研究了在5%、10%、20%、30%和50%的输出下不同的锁模状态和功率。在7 m的腔长下实现了稳定的锁模运转,并比较了加滤波器和不加滤波器时的锁模光谱,得出滤波器在全正色散领域起着不可或缺的作用。为得到高能量锁模脉冲,增加腔长到347 m,在不同输出比下分别实现了锁模运转并在最大输出比的输出耦合器(50%)条件下,得到了33%的高效率,实现了重复频率为614KHz、单脉冲能量为263 nJ、脉冲宽度为10 ns的大能量锁模脉冲输出,该结果为迄今已报道的全光纤YDFL振荡器中实现的最高单脉冲能量。2.在全光纤YDFL环形腔中,系统地探索了单壁碳纳米管(SWCNT)与氧化石墨烯(GO)作为调Q元件的不同性能。基于SWCNT SA,于最大泵浦功率为125 mW的条件下,得到了脉冲宽度为1.0μs、重复频率为66.24 KHz、平均输出功率为2.69 mW的调Q脉冲序列。中心波长在1032 nm处。与以往的全光纤SWCNT调Q激光器相比,我们所搭建的YDFL在相当低的阈值38 m W下即可实现稳定调Q运行,并得到的最大单脉冲能量为40.6 nJ。基于GOSA,实现了最大单脉冲能量为69.4 nJ输出,这是目前已报道的在Yb全光纤激光器中,基于GOSA实现调Q脉冲输出的最大单脉冲能量。在其他实验条件不变下,去掉GOSA,微调偏振控制器,可实现自调Q。与自调Q现象作对比,基于氧化石墨烯调Q的状态更加稳定。3.在掺铥光纤激光器中,我们分别用10%、50%的输出耦合器对全光纤环形腔结构振荡腔进行优化,当泵浦功率为1.95 W时,得到最大输出功率为61 mW的连续激光输出。基于新型可饱和吸收体材料—拓扑绝缘体Bi2Te3,用三明治形式插入腔内,实验中得到了重频为7.794 MHz的锁模脉冲,当泵浦功率为1.85 W时,得到最大为26 mW的锁模功率,相应的单脉冲能量为3.34 nJ。