被动调Q锁模掺镱光纤激光器
激光被动锁模技术的原理及应用
激光被动锁模技术的原理及应用简介激光锁模技术是一种通过调整光源和谐振腔的特性来实现锁定光波的模式的技术。
激光被动锁模技术是在被动元件的作用下实现激光锁模的一种技术。
本文将介绍激光被动锁模技术的原理及其在激光器、光通信和光谱分析等领域的应用。
激光被动锁模技术的原理激光被动锁模技术的原理基于被动元件对激光光波的调制和过滤作用。
主要包括以下几个方面：1.调制：激光光源产生的光波经过被动元件的调制，改变其频率、相位等特性。
常用的被动元件包括光纤、薄膜滤波器等。
2.过滤：被动元件对激光光波进行频率选择性过滤，将其锁定在特定的模式上。
通过选择合适的滤波器参数，可以实现特定波长的锁模。
3.反馈：被动元件对锁定的光波提供反馈，使其保持稳定的模式。
这种反馈机制可以通过调整被动元件的参数来实现。
激光被动锁模技术的应用1. 激光器激光被动锁模技术可以应用于激光器的波长选择和模式控制上。
•波长选择：利用被动元件的频率选择性过滤作用，可以实现激光器在特定波长范围内的选择性发射。
这对于光通信、光谱分析等领域具有重要意义。
•模式控制：被动元件可以锁定激光器的输出模式，使其保持稳定的单模态输出。
这在一些精密测量、光学仪器等领域中非常有用。
2. 光通信激光被动锁模技术在光通信中的应用也非常广泛。
•波长分割多路复用：通过锁定激光器的特定波长模式，可以实现波分复用技术，将多个信号同时传输在同一光纤上，提高光纤的利用率。
•光路限制：激光器在特定波长模式下传输光信号，可以减少光子的传输丢失，提高光信号的传输距离和质量。
3. 光谱分析激光被动锁模技术在光谱分析领域也有重要应用。
•高分辨率谱分析：被动元件可以锁定光源的单模态输出，使得光谱分析具有高分辨率和高稳定性，提高分析的准确性。
•光子计数：通过锁定光波的模式，可以实现对光子的精确计数，为光谱分析提供精确的数据。
总结激光被动锁模技术通过被动元件的调制、过滤和反馈作用，实现对激光光波的锁定和稳定输出。
基于MoO_3可饱和吸收体的掺镱被动锁模光纤激光器
基于MoO_3可饱和吸收体的掺镱被动锁模光纤激光器江俊林;乐文杰;王玮琦;丁翌辰;吴波;沈永行【期刊名称】《光子学报》【年(卷),期】2018(47)9【摘要】报道了一种基于MoO_3可饱和吸收体的连续锁模、调Q锁模掺镱光纤激光器.采用环形腔结构,在泵浦功率为95mW时,获得了稳定的重复频率为17MHz的连续锁模脉冲输出,单脉冲宽度为130ps,光谱中心波长为1 067.06nm,谱线3dB带宽为0.27nm.在泵浦功率为280mW时,产生稳定的调Q锁模脉冲输出.当泵浦功率从280mW变化到400mW的过程中,调Q锁模包络重复频率从26.51kHz变化到48.7kHz,包络半高宽度从14.6μs变化到4.1μs,子脉冲的宽度和光谱中心波长基本保持不变,谱线3dB带宽变为0.62nm.【总页数】6页(P1-6)【关键词】激光器;被动锁模光纤激光器;三氧化钼;掺镱锁模光纤激光器;锁模【作者】江俊林;乐文杰;王玮琦;丁翌辰;吴波;沈永行【作者单位】浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室;浙江大学材料科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】TN248.1【相关文献】1.基于微纳光纤-单壁碳纳米管可饱和吸收体的被动调Q掺镱光纤激光器 [J], 康喆;刘明奕;刘承志;李振伟;马磊;许阳;秦伟平;秦冠仕2.基于石墨烯可饱和吸收体的纳秒锁模掺铥光纤激光器 [J], 王小发;张俊红;高子叶;夏光琼;吴正茂3.基于体光栅的被动锁模可调谐线型腔掺镱光纤激光器 [J], 白扬博;向望华;祖鹏;张贵忠4.MnPS3可饱和吸收体被动锁模掺铒光纤激光器双波长激光 [J], 俞强;郭琨;陈捷;王涛;汪进;史鑫尧;吴坚;张凯;周朴5.基于β相硒化铟的被动调Q及锁模掺镱光纤激光器(特邀) [J], 张子灏;胡皓闻;廖俊懿;朱宏伟;谢黎明;王军利;魏志义因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
被动锁模光纤激光器的理论分析与实验研究
被动锁模光纤激光器的理论分析与实验研究被动锁模光纤激光器的理论分析与实验研究摘要：本文研究了被动锁模光纤激光器的理论分析与实验研究，主要包括锁模激光的产生机制、锁模条件的数学推导、锁模激光的特性、实验平台的构建及实验结果。
在理论分析方面，通过建立光纤传输方程，推导出锁模条件，分析了参数对锁模效果的影响。
在实验方面，设计并搭建了实验平台，通过调节光纤长度、反射镜间距等参数，实现了被动锁模光纤激光器的产生。
实验结果表明，经过优化的参数可以得到高质量的锁模激光，具有优异的光束质量和稳定性。
本研究结果对于实现高质量光信号传输具有重要意义，对于光纤通信系统的发展具有一定的推动作用。
关键词：被动锁模、光纤激光器、锁模条件、光束质量、实验研究1. 引言被动锁模光纤激光器具有高光束质量、高稳定性、高效率等优点，在光通信、光测量、激光器制造等领域得到了广泛应用。
锁模光纤激光器的锁模条件是实现锁模的重要保障。
本文通过理论分析和实验研究，探讨了被动锁模光纤激光器的锁模条件、锁模效果及其影响因素，对于实现高质量光信号的传输有着重要意义。
2. 理论分析2.1 光纤传输方程光纤传输方程是研究被动锁模光纤激光器的理论基础。
假设光纤中的光场可以用标量波动方程描述，则光纤传输方程可以表示为：∂E(x,t)/∂z + αE(x,t) = -j2πn(x,t)E(x,t)其中，E(x,t)表示空间坐标为x点的光场强度，n(x,t)表示光纤中介质折射率分布，α为介质损耗常数。
2.2 锁模条件为了实现被动锁模光纤激光器，需要满足一定的锁模条件。
通过对光纤传输方程的求解，可以得到锁模光纤激光器的锁模条件：L = 2*π*(d1+d2)/m其中，L为光纤长度，d1、d2表示光纤两端的反射镜间距，m为锁模振荡腔理论模式数。
3. 实验研究3.1 实验平台本实验使用光纤放大器作为掺铒光纤，构建了一套简单的被动锁模光纤激光器实验平台。
实验平台包括光源、光纤、光栅片、反射镜、功率计等设备。
全正色散被动锁模掺镱全光纤环形激光器
全正色散被动锁模掺镱全光纤环形激光器张文启;葛廷武;于峰;代京京;王璞;王智勇【摘要】采用976 nm半导体激光器为泵浦源,高掺杂Yb3+光纤为增益介质,利用非线性偏转效应实现被动锁模.得到了中心波长为1046 nm,光谱宽度为24 nm,脉冲宽度为54 ps,平均输出功率为93 mW的超短脉冲.通过缩短腔长,获得了较高的重复频率,达到41 MHz.%976 nm LD pumped laser is used as the pump source and high concentration Yb3 +-doped fiber is adopted as gain ing the nonlinear polarization rotation (NPR) effect of the fiber, mode-locked pulse is obtained.The center wavelength of the mode-locked pulse is 1046 nm with 3 dB bandwidth of 24 nmo The pulse duration is 54 ps and the average power is 93 mW.In order to achieve a high fundamental repetition rate ,we use a shorter cavity.The fundamental repetition rate reaches 41 MHz.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2011(041)001【总页数】4页(P54-57)【关键词】光纤激光器;被动锁模;非线性偏振旋转;环形腔【作者】张文启;葛廷武;于峰;代京京;王璞;王智勇【作者单位】北京工业大学,北京,100124;北京工业大学,北京,100124;北京工业大学,北京,100124;北京工业大学,北京,100124;北京工业大学,北京,100124;北京工业大学,北京,100124【正文语种】中文【中图分类】TN248.4利用掺稀土光纤锁模激光器获得超短脉冲，在光纤通信、超快光学、光纤传感、工业加工、光信息处理、激光制导、医疗、惯性约束快点火、全色显示和激光印刷等领域都有重要应用，近年来引起人们的广泛关注，并已在Nd3+，Tm3+，Er3+，Yb3+等掺杂光纤中获得了锁模光脉冲输出［1-4］。
基于微纳光纤-单壁碳纳米管可饱和吸收体的被动调Q掺镱光纤激光器
基于微纳光纤-单壁碳纳米管可饱和吸收体的被动调Q掺镱光纤激光器康喆;刘明奕;刘承志;李振伟;马磊;许阳;秦伟平;秦冠仕【摘要】为实现具有高脉冲能量的调Q脉冲激光输出,利用微纳光纤-单壁碳纳米管复合的方法制备可饱和吸收体,并对基于该类型可饱和吸收体器件的被动调Q掺镱光纤激光器进行研究.采用拉伸法将普通单模石英光纤拉制成微纳光纤,将其与单壁碳纳米管溶液复合,进一步制备成全光纤集成型器件.将该器件置于环形腔掺镱光纤激光器中,利用976 nm半导体激光器作为抽运源.当抽运功率为53 mW时,实现了调Q脉冲激光输出,激光中心波长为1 039 nm.进一步提升抽运功率至76 mW,可获得脉冲宽度为3.1 μs、重复频率为25.5 kHz、单脉冲能量为941 nJ的调Q 脉冲激光输出.研究表明,利用微纳光纤制备的可饱和吸收体器件具有较高的损伤阈值,可用于实现高脉冲能量的激光输出.%In order to realize Q-switched fiber laser with high energy pulse,passively Q-switched Yb3 +-doped fiber laser based on the microfiber-single wall carbon nanotube (SWCNT) saturable absorber (SA) was reported.The microfiber was fabricated by drawing the single mode silica fiber and then composite with the SWCNTsolution,further on preparation of all fiber integrated devices.By inserting the SA in a Yb3+-doped fiber laser ring cavity pumped by a 976 nm laser diode,stable passively Q-switched pulse train occurs at 53 mW incident pump power.Increasing the pump power to 76 mW,3.1 μs pulses at 1 039 nm with a repetition rate of 25.5 kHz are obtained,which corresponds to single pulse energy of 941 nJ.This result shows that the microfiber basedSA can enhance the threshold of material damage and obtain high energy pulse laser.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2017(038)005【总页数】6页(P630-635)【关键词】激光器;光纤激光器;被动调Q;碳纳米管;微纳光纤【作者】康喆;刘明奕;刘承志;李振伟;马磊;许阳;秦伟平;秦冠仕【作者单位】中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站,吉林长春130117;吉林大学集成光电子国家重点联合实验室吉林大学实验区,吉林长春130012;中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站,吉林长春130117;中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站,吉林长春130117;中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站,吉林长春130117;吉林大学集成光电子国家重点联合实验室吉林大学实验区,吉林长春130012;吉林大学集成光电子国家重点联合实验室吉林大学实验区,吉林长春130012;吉林大学集成光电子国家重点联合实验室吉林大学实验区,吉林长春130012【正文语种】中文【中图分类】TN248.1脉冲光纤激光器由于具有结构简单、光束质量好、稳定性好以及成本低廉等特点而被广泛应用到军事、医疗、材料加工以及基础科学研究等领域[1-4]。
可调谐被动锁模掺铥光纤激光器
激 光 技 术 ＬＡＳＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．１ Ｊａｎｕａｒｙ，２０１９
文章编号：１００１３８０６（２０１９）０１００１１０４
可调谐被动锁模掺铥光纤激光器
杜 鹃，熊胗婷，佘 敏，张娇娇，刘思敏，张祖兴
（南京邮电大学 电子与光学工程学院 先进光子技术实验室，南京 ２１００２３）
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒｓ；ｔｈｕｌｉｕｍｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒｌａｓｅｒ；ｐａｓｓｉｖｅｌｙｍｏｄｅｌｏｃｋｉｎｇ；ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｔｕｎａｂｉｌｉｔｙ；ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ
引 言
日益成熟的光纤通信技术在一定程度上推动了信 息化时代的发展进程。光纤激光器作为光纤通信的理 想光源，成为继固体激光器问世以来的又一大新发明。 相对于传统的固体激光器，光纤激光器对环境要求低、 与光纤系统的耦合性好、转换效率高、结构小巧灵活， 更加适合实际应用［１］。和传统的掺铒光纤激光器、掺 镱光纤激光器相比，掺铥光纤激光器输出的激光波段
近年来，波长可调谐的脉冲光纤激光器作为光源 在光波分复用时分复用通信系统中发挥着重要作用。 与连续光纤激光器相比，脉冲光纤激光器在保证高光 束质量、高环境稳定性、高光光转换率的同时，激光峰 值功率更高；锁模脉冲光纤激光器可以产生稳定高重 复频率的超短光脉冲，是较为理想的通信用光源。相
１２
激 光 技 术
基 金 项 目：大 学 生 创 新 创 业 训 练 计 划 资 助 项 目 （ＳＺＤ２０１７０１０）；江苏省自然科学基金资助项目（ＢＫ２０１６１５２１）； 江苏省“六大人才高峰”资助项目（２０１５ＸＣＬ０２３）
作者简介：杜 鹃 （１９９６），女，大 学 本 科 生，主 要 研 究 方 向为掺铥光纤激光器。
大脉冲能量单层CVD石墨烯被动调Q掺镱双包层光纤激光器
大脉冲能量单层CVD石墨烯被动调Q掺镱双包层光纤激光器吴健;吴端端;黄义忠;罗正钱;许惠英;蔡志平【摘要】基于单层化学气相沉积(CVD)石墨烯可饱和吸收体的大脉冲能量被动调Q双包层光纤激光器.采用三明治结构,将CVD法生长的单层石墨烯通过聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)从铜箔上转移到光纤端面,制备成PMMA/石墨烯调Q器.采用全光纤线性腔结构,掺镱双包层光纤和PMMA/单层石墨烯分别作为增益介质和被动调Q器件,大功率975nm半导体激光器作为泵浦源,大比例(95％)功率耦合输出,成功实现了中心波长为1 063.6 nm大脉冲能量的稳定调Q光纤激光器.调Q脉冲序列重复频率在9.7～26.46 kHz连续可调,当泵浦功率为756.1 mW时,最大输出功率为46mW,最小脉宽为4.5μs,并且获得的最大单脉冲能量为1.7 μJ.实验结果表明,单层CVD石墨烯性能优异,将有望在双包层光纤激光器中实现更大平均功率、单脉冲能量的激光输出.【期刊名称】《厦门大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(053)005【总页数】5页(P661-665)【关键词】单层化学气相沉积石墨烯;双包层光纤激光器;被动调Q;大脉冲能量【作者】吴健;吴端端;黄义忠;罗正钱;许惠英;蔡志平【作者单位】厦门大学信息科学与技术学院,光电子技术研究所,福建厦门 361005;厦门大学信息科学与技术学院,光电子技术研究所,福建厦门 361005;厦门大学信息科学与技术学院,光电子技术研究所,福建厦门 361005;厦门大学信息科学与技术学院,光电子技术研究所,福建厦门 361005;厦门大学信息科学与技术学院,光电子技术研究所,福建厦门 361005;厦门大学信息科学与技术学院,光电子技术研究所,福建厦门 361005【正文语种】中文【中图分类】TN248.1光纤激光器具有转换效率高、体积小、光束质量好、结构紧凑、散热方便等优点,已广泛应用于光纤通信、材料加工、传感等领域[1-3]．尤其是高功率、大脉冲能量、高稳定度的脉冲光纤激光器,在工业加工、医疗、科学研究等领域有着广阔的应用前景[4]．目前,被动调Q由于无需额外的电子Q开关器件,如声光调Q器、电光调Q器,即可较廉价获得高质量的调Q脉冲而备受青睐．被动调Q的关键在于插入到激光谐振腔中的可饱和吸收体,20多年来,已发现多种可饱和吸收体,包括过渡族金属掺杂晶体、半导体可饱和吸收镜(SESAM)、碳纳米管(CNT)等[5-7]．但过渡族金属掺杂晶体由于其块状结构而不利于全光纤化;SESAM虽然恢复时间快,稳定性好,但其制备工艺复杂,成本高;CNT具有价格低廉,超快恢复时间等优点,但其可饱和吸收波长取决于他的管径,且制备时管径可控性差,难以实现真正意义上的全波段可饱和吸收;因此寻找更为有益的可饱和吸收体显得非常必要和迫切．自2004年被发现以来,石墨烯便掀起了世界范围内的研究热潮[8]．由于其独特的二维蜂窝状晶格和零带隙狄拉克锥结构,石墨烯具有独特的光学特性,作为可饱和吸收体时,具有可饱和阈值低、调制深度大、恢复时间快、超宽带可饱和吸收等优势．2009年,Bao等[9]首次将石墨烯作为可饱和吸收体应用于掺铒光纤激光器中,实现了锁模激光输出．2010年,厦门大学Luo等[10]首次利用石墨烯获得了双波长被动调Q 掺铒光纤激光器,其重复频率为3.3～65.9 kHz可调,最小脉宽和最大单脉冲能量分别为3.7 μs和16.7 nJ．目前报道的石墨烯调Q光纤激光器大多数采用多层石墨烯或者聚合物石墨烯[11-13],虽然多层石墨烯可以一定程度上增大其调制深度,但同时增加了其非饱和损耗,从而降低了石墨烯的损伤阈值,使用单层化学气相沉法积(CVD)石墨烯具有非常低的非饱和损耗,其损伤阈值超大,并更能反映石墨烯的光学特性.另一方面,以往的石墨烯调Q光纤激光器大都采用单包层掺铒或者掺镱光纤作为增益介质[11-14],这大大限制了调Q激光的大脉冲能量获得,因此本实验采用掺镱双包层光纤作为增益介质,借助其超大增益,将有望实现高平均功率、大脉冲能量的全光纤石墨烯调Q光纤激光器．本文利用单层CVD石墨烯作为可饱和吸收体,采用三明治结构,将其插入掺镱环形腔中,实现了调Q光纤激光器．得益于石墨烯优异的可饱和吸收特性和掺镱双包层超大增益和大比例激光输出,获得的调Q激光重复频率为9.7～26.46 kHz可调,最大输出功率为46 mW,最窄脉宽和最大单脉冲能量分别为4.5 μs和1.7 μJ.1 实验方案1.1 单层CVD石墨烯调Q器制备实验用的单层石墨烯是通过CVD生长在铜箔上的,生长过程可参考文献[15]．为将石墨烯插入激光腔中作为调Q器件,石墨烯需从铜箔转移到光纤连接头端面上,具体的转移步骤如下:1) 裁剪一块1 cm×1 cm大小的石墨烯铜箔片,通过匀胶机将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)均匀涂覆在石墨烯表面;2) 浸泡至硫酸铵溶液直至铜箔完全溶解,同时在去离子水中清洗杂质;3) 以光纤连接头端面承载PMMA/石墨烯薄膜,并在烘箱中烘干．获得的PMMA/石墨烯光纤连接头通过法兰盘与另一个全新的光纤端头连接便构成了实验用的PMMA/石墨烯调Q器．保留PMMA,可以避免铜箔溶解过程中造成石墨烯塌陷,同时在光纤端头连接中保护石墨烯．为表征获得的石墨烯调Q器件,我们通过拉曼光谱分析仪测量了石墨烯的拉曼谱,如图1所示,图中直接扣除了PMMA的拉曼特征峰．从图1可得,D峰非常微弱,说明获得的石墨烯质量很高．2D峰的强度与G峰强度的比值大于2,并且2D峰的全半高宽度约为31.75 cm-1,表明获得的石墨烯是单层的[16-17]．图1的插图是制备好的PMMA/石墨烯光纤连接头,从图中明显可见,石墨烯确实转移到了光纤端面．图1 石墨烯拉曼谱及PMMA/石墨烯光纤端面图Fig.1 Raman spectrum of graphene with photograph of the PMMA/graphene fiber ferrule1.2 掺镱双包层激光器设计单层CVD石墨烯被动调Q掺镱双包层激光器实验装置图如图2所示．整个激光器采用环形腔结构,总腔长约10 m．975 nm半导体激光器(LD,BWT DS3-11312-112)作为泵浦源,其最大输出功率为9 W,经过975 nm/1 064 nm合束器泵浦一段4 m长掺镱双包层光纤(YDCF)以获得大脉冲能量调Q激光,F-P滤波器(Micron Optics Inc.Serial NO.10171)作为激射波长选择器件插入腔内,隔离器保证腔内激光的顺时针单向运行,偏振控制器用来调节腔内激光偏振,三明治结构的单层CVD 石墨烯调Q器接入腔内以获取高质量调Q脉冲．出于以下考虑:1) 尽量降低入射在石墨烯上的光强,以防止热损伤和过早被“漂白”;2) 经过YDCF放大后,可获得大功率激光输出,我们将功率比为95∶5的耦合器放置在4 m YDCF后,其中95%端输出调Q激光．实验中,我们结合光谱仪(HP 70951B)、示波器(Tektronix TDS1012)和光电探测器、频谱仪(GWINSTEK GSP-930)及功率计(THORLABS PM20CH)分别测量了调Q激光的光谱、时域脉冲、频谱和输出功率．图2 被动调Q光纤激光器装置图Fig.2 Schematic setup of the passively Q-switched fiber laser2 实验结果与分析图3 不同泵浦功率下调Q脉冲序列图Fig.3 The various pulse trains obtained under different pump powers实验中,在没有加入石墨烯调Q器时,无论是改变泵浦功率还是调节偏振控制器,均不能获得调Q激光．腔内接入石墨烯调Q器后并逐渐增加泵浦功率,当泵浦功率为500.1 mW时,激光开始激射,调Q脉冲出现在518.4 mW．当泵浦功率为536.7，637.3，701.3，756.1 mW时,调Q脉冲序列分别如图3中的(a)～(d)所示．从图中可以看出,不同泵浦功率下,调Q序列几乎没有时间抖动,且振幅抖动都<5%,并且重复频率随着泵浦功率增加而增大,说明实验中获得的调Q激光非常稳定．图4记录了当泵浦功率为637.3 mW时，石墨烯调Q激光的典型光谱、脉冲序列、单脉冲和频谱.由图4(a)可知，调Q激光的中心波长为1 063.6 nm，其3 dB带宽为0.06 nm，如此窄的光谱宽度是由所采用的F-P滤波器的带宽所决定的，并且有利于抑制自锁模的产生.与其对应得，此时调Q激光的重复频率为17.59 kHz (如图4(b)所示)，并且时间抖动非常小，图4(c)记录了相应的单脉冲形状，其具有sech2型，并且其脉宽为4.8 μs，这与报道的CNT或者石墨烯调Q光纤激光器是相当的，由图4(d)可知，调Q的信噪比约为35 dB，反映了该泵浦功率下，调Q脉冲是稳定运行的.图5所示为调Q激光重复频率、输出功率、脉冲宽度和单脉冲能量随泵浦功率的变化图．从图5(a)中可以看出,当泵浦功率从518.4 mW逐渐增加到756.1 mW时,重复频率与输出功率几乎都是呈线性增大的,重复频率在9.7～26.46 kHz之间连续可调,输出功率也从6.45 mW逐步增加到46 mW．由图5(b)中可知,脉冲宽度随着泵浦功率的增加先是从15 μs线性减小至约4.5 μs并趋于饱和,这是由于在泵浦功率增加的过程中,石墨烯的吸收损耗逐渐减小,调制深度逐渐增加,使得脉冲宽度线性减小,但当泵浦功率达到一定值时,石墨烯达到饱和状态,即“漂白”状态,因此脉冲宽度趋于一个稳定值．单脉冲能量随着泵浦功率的增加,从0.8 μJ增加至最大值1.7 μJ并伴有下降趋势,并由于石墨烯的“漂白”而达到饱和,这也是迄今为止在全光纤的石墨烯被动调Q激光器中所获得的最大单脉冲能量,这归因于YDCF的超大增益、单层CVD石墨烯的超低损耗和大比例的激光输出．(a)光谱；(b)脉冲序列；(c)单脉冲；(d)频谱图.图4 泵浦功率为637.3 mW时,石墨烯调Q激光的典型谱图Fig.4 The typical spectra of the graphene Q-switched fiber laser at pump power of 637.3 mW图5 重复频率与输出功率(a)及脉冲宽度与单脉冲能量随泵浦功率变化图(b)Fig.5 Repetition rate and output power (a) pulse width and single pulse energy(b) versus incident pump power3 讨论本文将CVD法生长的单层石墨烯通过PMMA从铜箔上转移到光纤端面,并采用三明治结构,制备成PMMA/石墨烯调Q器,并将其插入到掺镱双包层环形腔激光器中,实现了全光纤结构、大脉冲能量、稳定的调Q激光输出．当泵浦功率从518.4 mW增加至756.1 mW,调Q激光重复频率在9.7～26.46 kHz之间连续可调,脉冲宽度从15 ns减小至4.5 ns,最大输出功率和单脉冲能量为46 mW，1.7 μJ,这主要归因于单层石墨烯的超低损耗、YDCF的超强增益、大比例功率耦合输出．进一步优化激光器腔结构、增益光纤长度,改进石墨烯调Q器制作方法,将有望使用单层石墨烯实现更大输出功率与单脉冲能量的被动调Q光纤激光器．【相关文献】[1] Carruthers T F,Duling I N.10-GHz,1.3-ps erbium fiber laser employing soliton pulse shortening[J].Optics Letters,1996,21(23):1927-1929.[2] Jeong Y,Sahu J,Payne D,et al.Ytterbium-doped large-core fiber laser with 1.36 kW continuous-wave output power[J].Optics Express,2004,12(25):6088-6092.[3] Kringlebotn J T,Loh W H,Laming R I.Polarimetric Er3+-doped fiber distributed-feedback laser sensor for differential pressure and force measurements[J].Optics Letters,1996,21(22):1869-1871.[4] Richardson D J,Nilsson J,Clarkson W A.High power fiber lasers:current status andfuture perspectives[J].JOSAB,2010,27(11):63-92.[5] Laroche M,Gilles H,Girard S,et al.Nanosecond pulse generation in a passively Q-switched Yb-doped fiber laser by Cr4+:YAG saturable absorber[J].Photonics Technology Letters,IEEE,2006,18(6):764-766.[6] Huang J Y,Huang S C,Chang H L,et al.Passive Q switching of Er-Yb fiber laser with semiconductor saturable absorber[J].Optics Express,2008,16(5):3002-3007.[7] Zhou D P,Wei L,Dong B,et al.Tunable passively-switched erbium-doped fiber laser with carbon nanotubes as a saturable absorber[J].Photonics TechnologyLetters,IEEE,2010,22(1):9-11.[8] Novoselov K S A,Geim A K,Morozov S V,et al.Two-dimensional gas of massless dirac fermions in graphene[J].Nature,2005,438(7065):197-200.[9] Bao Q,Zhang H,Wang Y,et al.Atomic-layer graphene as a saturable absorber for ultrafast pulsed lasers[J].Advanced Functional Materials,2009,19(19):3077-3083.[10] Luo Z,Zhou M,Weng J,et al.Graphene-based passively Q-switched dual-wavelength erbium-doped fiber laser[J].Optics Letters,2010,35(21):3709-3711.[11] Popa D,Sun Z,Hasan T,et al.Graphene Q-switched,tunable fiber laser[J].Applied Physics Letters,2011,98(7):073106.[12] Cao W J,Wang H Y,Luo A P,et al.Graphene-based,50 nm wide-band tunable passively Q-switched fiber laser[J].Laser Physics Letters,2012,9(1):54.[13] Wang Z T,Chen Y,Zhao C J,et al.Switchable dual-wavelength synchronously Q-switched erbium-doped fiber laser based on graphene saturable absorber[J].Photonics Journal,IEEE,2012,4(3):869-876.[14] Liu J,Wu S,Yang Q H,et al.Stable nanosecond pulse generation from a graphene-based passively Q-switched Yb-doped fiber laser[J].Optics Letters,2011,36(20):4008-4010.[15] Li X,Cai W,An J,et rge-area synthesis of high-quality and uniform graphene films on copper foils[J].Science,2009,324(5932):1312-1314.[16] Ferrari A C,Meyer J C,Scardaci V,et al.Raman spectrum of graphene and graphene layers[J].Physical Review Letters,2006,97(18):187401.[17] Graf D,Molitor F,Ensslin K,et al.Spatially resolved Raman spectroscopy of single-and few-layer graphene[J].Nano Letters,2007,7(2):238-242.。
基于SESAM被动锁模掺铒光纤激光器的研究开题报告
基于SESAM被动锁模掺铒光纤激光器的研究开题报告引言随着信息时代的到来，光通讯在长途通讯、数据存储等方面得到了广泛应用。
而作为光通讯的重要组成部分，光纤激光器也逐渐被广泛应用于光通讯、激光雷达、光学检测等领域。
SESAM被动锁模掺铒光纤激光器是一种基于半导体饱和吸收镜(Saturable Absorber Mirror, SESAM)的被动锁模激光器，是目前应用最为广泛的光纤激光器类型之一。
本文将详述本课题研究内容及意义，论述研究的主要内容以及研究方法，最后对本研究的预期成果进行展望。
论述研究的目的和意义SESAM被动锁模掺铒光纤激光器以其较宽的锁模范围、优良的稳定性和高效的光电转换率等优点，近年来得到了越来越广泛的应用。
本课题旨在研究SESAM被动锁模掺铒光纤激光器的锁模机理及其影响因素，探讨其在光通讯、激光雷达、光学检测等领域的应用前景，具有以下意义：1. 推动SESAM被动锁模掺铒光纤激光器的应用发展。
该激光器作为一种被动锁模激光器，具有较高的光电转换率和稳定性，对于光通讯、激光雷达、光学检测等领域的发展具有重要意义。
2. 拓宽光通讯等领域的技术应用。
SESAM被动锁模掺铒光纤激光器作为光通讯的一种重要组成部分，对于实现高速、高质量的光通讯具有重要意义。
3. 加深对光纤激光器锁模机理的理解。
本课题将从SESAM被动锁模的角度去探究激光器的锁模机理及其影响因素，拓宽对光纤激光器锁模机理的理解，为其他类型光纤激光器研究提供借鉴。
论述研究的主要内容和方法1.研究SESAM被动锁模掺铒光纤激光器的锁模机理。
本研究将通过理论和实验相结合的方式来探究SESAM被动锁模掺铒光纤激光器的锁模机理。
2.分析SESAM被动锁模掺铒光纤激光器的影响因素。
本研究将分析SESAM被动锁模掺铒光纤激光器的锁模机理所受到的影响因素，包括温度、泵浦功率等。
3.设计并实现SESAM被动锁模掺铒光纤激光器的实验系统。
本研究将设计并搭建SESAM被动锁模掺铒光纤激光器的实验系统，包括激光器主体、系统控制及光学测量等方面。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第33卷 第8期2006年8月中 国 激 光C H IN ESE J OU RNAL O F L ASERSVol.33,No.8August ,2006文章编号:025827025(2006)0821021204被动调Q 锁模掺镱光纤激光器甘 雨1,2,向望华1,2,周晓芳1,2,张贵忠1,2,张 喆1,2,王志刚1,2(天津大学1精密仪器与光电子工程学院,2教育部光电信息技术科学重点实验室,天津300072)摘要 报道了基于偏振旋转技术等效快可饱和吸收体的被动调Q 锁模光纤激光器,采用976nm 半导体激光器作为抽运源,高掺杂浓度的Yb 3+光纤作为增益介质构成环形腔,通过调节抽运光功率和偏振控制器的角度得到了调Q ,调Q 锁模与锁模三种稳定的输出脉冲。
获得的锁模脉冲中心波长为1.05μm ,重复频率为20M Hz ,脉冲光谱宽度为13.8nm ,抽运功率为270mW 时,锁模平均输出功率为15.82mW ;调Q 频率为17.54k Hz ,调Q 脉冲宽度为8μs ,光谱宽度为4.7nm ;调Q 锁模中调Q 重复频率为300k Hz 。
关键词 激光器;调Q;锁模;偏振旋转;Yb 3+光纤激光器中图分类号 TN 248.1 文献标识码 APassive Q 2Switching and Modelocking Yb 3+2Doped Fiber LaserGAN Yu 1,2,XIAN G Wang 2hua 1,2,ZHOU Xiao 2fang 1,2,ZHAN G Gui 2zhong 1,2,ZHAN G Zhe 1,2,WAN G Zhi 2gang 1,21College of Precision I nst rument and O ptoelect ronics Engineering ,2Key L aboratory of O ptoelect ronicsI nf ormation and Technical S cience (M inist ry of Education ),Tianj in Universit y ,Tianj in 300072,ChinaAbstract An all fiber laser based upon nonlinear polarization rotation as an effective fast saturable absorber for mode 2locking is reported.The absorber can act as passive Q 2switching and modelocking.The ring laser with a highly Yb 3+2doped fiber as the gain medium ,pumped by a semiconductor laser of 976nm wavelength ,can operate in three different stable regimes by proper adjustments of pump power and polarizer orientations :Q 2switched ,Q 2switched mode 2locked and continuous wave (CW )mode 2locked.The center wavelength of the CW mode 2locked pulse is 1.05μm with a f ull width at half maximum (FW HM )spectrum of 13.8nm ,the pulse repetition rate is 20M Hz ,and an average output power is 15.82mW with 270mW pump power.In Q 2switched regime ,the laser generates 8μs duration pulses of 4.7nm FW HM spectrum at a repetition rate of 17.54k Hz.The Q 2switched repetition rate is 300k Hz in Q 2switched mode 2locked regime.K ey w ords lasers ;Q 2switched ;mode 2locked ;polarization rotation ;Yb 3+fiber laser 收稿日期:2005212201;收到修改稿日期:2006202227 基金项目:天津市科委基金(043601011)和高等学校博士学科点专项科研基金(20050056004)项目资助。
作者简介:甘 雨(1978—),男,黑龙江牡丹江人,天津大学精密仪器与光电子工程学院博士研究生,主要从事超短脉冲激光器和超高速光通信的研究。
E 2mail :rainmangy @ 导师简介:向望华(1947—),男,湖南溆浦人,天津大学精密仪器与光电子工程学院教授,博士生导师,目前研究方向为光电子技术、超快激光与光通信技术方面的研究。
E 2mail :wanghuaxiang @1 引 言 稳定、低噪声的超短脉冲光源在超快光谱学、多光子显微学、超快生物学和光通信等领域具有很重要的应用价值。
锁模光纤激光器以其结构紧凑、小型化、成本低、易于实现全固化等优良的性能有望在许多应用中替代传统的固体锁模激光器。
基于以上的特点,在过去的10年中,锁模光纤激光器得到了极大的发展,大量的研究工作主要围绕掺铒光纤和掺钕光纤进行[1～3]。
近年来,同其他掺杂粒子相比,以镱元素作为增益粒子的掺镱光纤具有高的量子效率,没有基态和激发态吸收,长的上能级寿命,宽的吸收谱,在915nm 和976nm 处具有吸收峰,高掺杂时无浓度淬灭,便于半导体激光器抽运等优点,将取代掺钕光纤,成为1μm 波段的主要工作物质。
在超短脉冲方面,其增益带宽可支持小于30f s 的变换极限脉冲,H.Lim 等利用掺Yb 3+光纤环形腔激光器产生了52f s ,46M Hz 的锁模脉冲输出[4],为目前所报道的掺Yb 3+光纤环形腔激光器的最短脉冲输出。
采用Yb 3+光纤可产生高功率的超短光脉冲,2001年D.Nickel 等采用包层抽运技术获得了平均输出功率20W ,单脉冲能量100μJ 量级的超短光脉冲[5]。
中国科学院西安光学精密机械研究所获得了重复频率为15.4k Hz ,光谱宽度为10nm ,稳定的锁模脉冲输出[6]。
本文报道了一个掺Yb 3+光纤激光器利用偏振旋转技术和增益光纤的未饱和吸收作用,在同一个环行光纤激光器装置中分别获得调Q ,调Q 锁模和锁模三种光脉冲形式,且在一定条件下均有非常稳定的输出。
作为种子光源,提供了良好的稳定性与可选性,在此基础上可进一步对三种脉冲形式进行分别放大或腔外压缩,以达到不同应用的目的。
2 实验装置及原理 实验装置如图1所示,光纤激光器所用抽运源为J DSU 976nm 半导体激光器,最大尾纤输出光功率为290mW 。
智能温度功率控制电路,可保证实验的稳定性和低噪声。
所用增益光纤为加拿大INO 公司的高掺杂浓度镱光纤,在吸收峰值波长976nm 处的吸收系数为196dB/m ,足够高的掺杂浓度为高增益,缩短脉冲光纤激光器的腔长从而获得较高的重复频率提供了可能。
抽运耦合装置采用熔融拉锥的980/1060nm 波分复用器(WDM ),带宽为±15nm。
图1锁模调Q 光纤激光器实验原理图Fig.1Experimental setup of Q 2switching andmode 2locking fiber laser实验中所用隔离器(ISO )为偏振相关隔离器,可保证腔内运转光单方向运转。
同时由于消除了腔内运转光的反方向传输,抑制了由于腔内光功率较高而引起的光纤中背向布里渊散射等非线性效应对实验的影响。
其与光纤偏振控制器一起,作为产生超短脉冲的重要器件之一。
PC1,PC2为光纤偏振控制器,它是利用光纤的弹光效应改变光纤中的双折射,从而控制光纤中光波的偏振态。
其作用可以等效为1/4波片+1/2波片+1/4波片的组合,1/4波片用来控制椭圆度,1/2波片用来控制方位角。
被动锁模光纤激光器的工作原理主要是利用光纤内的一些非线性效应(自相位调制(SPM ),交叉相位调制(XPM )、群速度色散(GVD )),由偏振相关隔离器和两个光纤偏振控制器构成的等效快可饱和吸收体对腔内的初始光脉冲进行周期性的调制稳态输出。
经过偏振相关隔离器的线偏振光被偏振控制器PC1将其偏振态改变为椭圆偏振,此椭圆偏振光(振幅为A )可以被分解为两个沿坐标轴(x ,y 轴)相互垂直的、具有不同强度的线偏振光,它们具有相同的相位,其振幅分别为A x =A cos α,A y =A sin α。
两线偏振光进入Yb 3+增益光纤后,由于光纤中的自相位调制和交叉相位调制的非线性作用而产生相移。
其中自相位调制和交叉相位调制对沿坐标轴(x ,y轴)分解的两个方向互相垂直的线偏振光产生的相移分别为[7]Φx ={βx +Kn 2[A x 2+(2/3)A y 2]}2L ,Φy ={βy +Kn 2[A y 2+(2/3)A x2]}2L ,(1)其中βx ,βy 分别为沿x ,y 方向的传输常数,K 为自由空间传输常数,n 2为非线性折射率,L 为光纤长度。
沿x ,y 方向分解的两振动分量产生了ΔΦ=Φx -Φy 的相位差,因而合成叠加后光的偏振态会发生变化,即经Yb 3+增益光纤后输出光的偏振态发生了变化。
由(1)式可以看出,相移是强度相关的,光脉冲的中心和两翼光强不同,因而相移不同,所以经Yb 3+增益光纤后输出光脉冲的中心和两翼具有不同的偏振态。
调节偏振控制器PC2,迫使在脉冲中心部分线性偏振,使得偏振隔离器能透过脉冲中央的高强度部分而阻挡低强度的脉冲边翼,结果脉冲在腔内往返一次后得到窄化,与快饱和吸收体相类似,腔内脉冲不断受到这种周期调制,形成被动锁模短脉冲序列输出。
3 实验结果及分析3.1 调Q 实验实验中,首先将抽运光设定在较低的功率状态下(但超过光纤激光器的阈值抽运功率),仔细调节2201中 国 激 光 33卷 光纤偏振控制器的角度,同时尽量降低和减少腔内的各种损耗(微弯损耗、焊接损耗等),在调节过程中通过示波器观察光纤激光器的输出特性。
当偏振控制器在某一角度时,可以得到稳定的脉冲序列输出,它不同于文献报道的所谓自脉动行为[8,9],一般自脉动的脉冲幅度和周期都不太均匀,而本实验中,其脉冲周期和幅度都十分均匀,而且极其稳定,与锁模脉冲序列极为相似,但与锁模脉冲序列的周期却极不相符,所以认为所得脉冲为调Q 脉冲序列。