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超短激光脉冲具有脉冲宽度窄、峰值功率高特点,在物理学、材料学、军事技术、通讯技术等众多领域具有广泛的应用。超短脉冲的产生通常采用调Q技术和锁模技术,利用调Q技术可以获得纳秒量级的脉冲,利用锁模技术可以获得皮秒至飞秒量级的激光脉冲。调Q及锁模技术都有多种方式,其中将可饱和吸收材料插入激光谐振腔内的被动调Q及被动锁模技术备受人们关注。被动调Q及被动锁模技术结构简单、成本较低,这项技术的关键是可饱和吸收材料的选择。它经历了有机染料、色心晶体(如IV:LiF)、钛宝石、半导体可饱和吸收镜(SESAM)、石墨烯材料等。其中,石墨烯和氧化石墨烯的制备工艺简单、光学性质独特,是新型的可饱和吸收体材料;Cr4+:YAG工作在0.9-1.2微米范围、性能优良,也是近些年来比较受关注的被动光开关。基于此,本论文利用氧化石墨烯和Cr4+:YAG对掺饵光纤被动锁模和固体激光器被动调Q进行了实验研究和理论分析。 1.氧化石墨烯及其可饱和吸收体的制备和表征。用改进的Hummers方法制备出氧化石墨,然后利用超声剥离的方法制备了氧化石墨烯溶液。用离心方式分离出不同尺寸的氧化石墨烯,并制备了光纤激光器所需的可饱和吸收体并对制备的可饱和吸收体进行了表征。 2.氧化石墨烯被动锁模的研究。对掺铒光纤的荧光和光谱边带参数进行了理论分析,为光纤激光器的设计提供了理论指导。将制备的氧化石墨烯-PVA薄膜插入掺铒光纤激光器,实现了被动锁模脉冲输出,重复频率为9.26MHz,中心波长为1531.50nm,3dB带宽为1.38nm,脉冲宽度为1.78ps。 3.Nd:YVO4固体激光器 Cr4+:YAG调 Q运转研究。以 Nd:YVO4为增益物质, Cr4+:YAG为可饱和吸收体被动调Q元件,通过控制晶体温度和输出率来实现对脉冲宽度和重复频率的调制。当晶体温度为33℃、激光谐振腔输出镜的输出率为15％时,在1.62W的泵浦功率下,获得的激光脉冲的脉冲宽度为5.56 ns,单脉冲峰值功率为24.38 kW。 4.Nd:YVO4固体激光器自调 Q研究。实验过程中,采用折叠腔,激光晶体既是增益介质,又是可饱和吸收体,实现了自调Q运转。当泵浦功率为2.07W、输出镜的输出率为10％时,获得了重复频率为48.94 KHz,脉冲宽度为4.8μs的脉冲输出。对自调Q运转的机制进行初步研究。