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《西北大学》 2018年
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基于低维纳米材料主、被动调制的脉冲光纤激光器研究

李雕  
【摘要】:具有高峰值功率、高脉冲能量、高重复频率和宽光谱线宽的脉冲激光是光通信、传感、材料加工、医疗等领域不可或缺的重要光源;光纤激光器由于结构紧凑、散热性好、光束质量高、兼容性好等优点,被认为是一种最有前途的脉冲激光载体。然而,目前用于脉冲激光产生的光调制材料响应带宽有限,制作和封装技术复杂且与光纤激光器兼容性较差,阻碍了脉冲激光技术的发展。因此,探索新材料和新技术,研究具有功能更全面、制备更简单和成本更低的新型光调制器件成为脉冲激光技术的一个重要发展方向。本论文中,我们以具有可饱和吸收特性的黑磷、碳纳米管和具有电光调制特性的石墨烯为研究对象,通过实验制备黑磷、碳纳米管可饱和吸收体和石墨烯电光调制器,分别研究它们的光学响应和光调制特性,再将它们用于光纤激光器中通过主、被动调Q、锁模技术实现可调谐脉冲激光输出。通过建立锁模激光的理论模型,研究腔内脉冲在时域和频域演化的动力学过程。主要的研究内容如下:(1)黑磷和碳纳米管可饱和吸收体的制备和表征分别采用机械剥离法和液相剥离法制备黑磷可饱和吸收体,机械剥离的黑磷可以直接转移到光纤端面制成全光纤型可饱和吸收体;液相剥离的黑磷通过与聚碳酸酯聚合物进行功能化改性,获得在空气中稳定性较强的黑磷聚合物复合材料;通过对机械剥离的黑磷进行光学表征,发现其具有很强的线性和非线性各向异性吸收。采用管径~1.3 nm的单壁碳纳米管作为原材料,通过超声离心技术将其分散制成悬浊液,再使用羧甲基纤维素钠聚合物对碳纳米管进行改性,制成宽带的碳纳米管聚合物复合材料,特殊的管径分布使其在1.5μm的通信波段具有强的吸收峰。(2)黑磷被动调Q、锁模脉冲激光特性研究首先,将机械剥离的黑磷和液相剥离并功能化的的黑磷聚合物复合材料可饱和吸收体作为调Q器件,在掺铒光纤激光器中获得了两种高能量脉冲输出,并分析讨论了脉冲的形成机理。然后通过对机械剥离的黑磷调Q光纤激光器进行优化,获得了被动锁模超短脉冲输出,通过建立脉冲在激光器中的传输模型,采用分步傅里叶法求解描述脉冲演化过程的非耦合Ginzburg-Landau方程,从理论上解释了基于黑磷被动锁模的脉冲产生过程和机理。(3)碳纳米管可调谐锁模脉冲激光特性研究单壁碳纳米管可饱和吸收体具有宽的光学响应带宽,通过与掺铒光纤激光器集成,再引入光谱滤波机制,可以实现中心波长、光谱带宽和脉冲宽度都可调谐的超短脉冲输出。通过建立激光谐振腔内的脉冲演化模型,从理论上研究了锁模脉冲激光器的腔内滤波效应对激光光谱、输出脉冲形状的影响,理论与实验相结合,相互验证。(4)石墨烯电光调制器的设计和电光特性研究从材料的能带结构出发,理论分析了石墨烯电光调制的原理,通过总结现有石墨烯光调制器的优点和不足,提出基于平板电容型的石墨烯电光调制器,实验探索相应的微加工技术,获得了石墨烯电光调制器原理型器件,实现了近红外波段的宽带(1.5-2μm)调制,并对其响应速率、调制深度等电光响应特性进行了表征。(5)石墨烯主动调Q和同步调Q脉冲激光特性研究我们将平板电容型石墨烯电光调制器分别与1.5μm掺铒光纤激光器和2μm铥钬共掺光纤激光器集成,在实验上首次获得了石墨烯主动调Q脉冲激光输出;然后将同一器件与能够同时运转1.5μm和2μm波长的复合腔光纤激光器集成,实现了主动同步调Q脉冲输出;通过对电压信号频率的调制,可以对激光器的输出脉冲宽度、脉冲能量和脉冲重复频率进行调谐,并在实验结果的基础上,分析和讨论了石墨烯主动调Q脉冲与电压信号参量之间的关系。
【学位授予单位】:西北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TN248

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1 江天;殷科;张斌;陈宇;赵楚军;侯静;;基于拓扑绝缘体的中红外锁模光纤激光器[J];中国激光;2015年06期
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2 张宁;;掺铥光纤激光器结构与特性研究[J];北京联合大学学报;2018年02期
3 申玉霞;李飞;;基于优化神经网络的光纤激光器的最优设计[J];激光杂志;2017年02期
4 宋昭远;姚桂彬;张磊磊;张雷;龙文;;单频光纤激光器相位噪声的影响因素[J];红外与激光工程;2017年03期
5 刘毅;;首台2万瓦光纤激光器正式装机 打破国外技术垄断[J];中国设备工程;2017年01期
6 ;国产光纤激光器进入发展新阶段[J];锻压装备与制造技术;2017年04期
7 李昕芮;王子健;李增;冯玉玲;;双频调制的单环铒光纤激光器的混沌产生和同步[J];长春理工大学学报(自然科学版);2016年02期
8 庞雪莲;;全光纤激光器性能及主要技术介绍[J];信息技术与信息化;2015年04期
9 ;光纤激光器特种光纤最新进展及建议[J];功能材料信息;2015年03期
10 李延丽;董奇;柯文翔;曹巍;;企业创新 不负东风抢先机[J];湖北画报(上旬);2016年12期
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1 全昭;漆云凤;何兵;周军;;2μm波段连续拉曼光纤激光器研究[A];第十四届全国物理力学学术会议缩编文集[C];2016年
2 马建立;姜诗琦;于淼;刘海娜;王军龙;王学锋;;1.2kW单主振级全光纤激光器[A];激光聚变能源检测与驱动技术研讨会摘要集[C];2015年
3 赵水;段云锋;张秀娟;王强;邓明发;孙维娜;;1908nm掺铥全光纤激光器的研究[A];激光聚变能源检测与驱动技术研讨会摘要集[C];2015年
4 周军;何兵;李骁军;叶青;刘恺;漆云凤;楼祺洪;陈卫标;;高功率光纤激光核心部件与高功率光纤激光器的产业化[A];第十三届全国物理力学学术会议论文摘要集[C];2014年
5 史伟;;高端光纤激光器的研究现状[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年
6 史伟;;基于光纤激光器的太赫兹源[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年
7 镇伟;曹涧秋;陆启生;;相互注入式光纤激光器耦合阵列相干合成的研究进展[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年
8 罗正钱;黄朝红;蔡志平;许惠英;刘孙丽;;掺磷拉曼光纤激光器的解析解及数值模拟[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年
9 侯静;肖瑞;陈子伦;张斌;;3路光纤激光器阵列相干合成输出[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
10 刘艳格;董孝义;袁树忠;开桂云;刘波;付圣贵;王志;;全光纤激光器与放大器研究(特邀)[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
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1 夏燕;烽火通信:光纤激光器用掺镱光纤实现市场突破[N];人民邮电;2018年
2 MEB记者 余悦;光纤激光器市场爆发 全球市场规模超20亿美元[N];机电商报;2018年
3 本报记者 赵谦德 见习记者 李万晨曦;锐科激光打破国外激光设备垄断 整合光纤激光器产业链走向高端制造[N];证券日报;2018年
4 深圳商报记者 陈姝 通讯员 杨小彬;“激光打蚊子”机器人将于明年上市[N];深圳商报;2017年
5 记者 文俊 通讯员 余洋欢 实习生 董航;我省研发国内首台2万瓦光纤激光器[N];湖北日报;2016年
6 记者 李墨;我国首台万瓦光纤激光器在汉问世[N];湖北日报;2013年
7 CUBN记者 刘末;高功率光纤激光器市场进入竞争时代[N];中国联合商报;2013年
8 记者 王进;我国首台万瓦连续光纤激光器问世[N];中国船舶报;2013年
9 本报记者 李波;“万瓦光纤激光器”促3D打印“成行”[N];中国证券报;2013年
10 记者 邓洪涛 通讯员 陈俊 李慧;我国光纤激光器跨进全球三强[N];湖北日报;2011年
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1 杨超;大模场掺铥全光纤激光器研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
2 云灵;被动锁模光纤激光器中不同特性孤子的实验与理论研究[D];中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所);2016年
3 王庆凯;基于二维纳米材料的光纤激光器研究[D];湖南大学;2015年
4 李雕;基于低维纳米材料主、被动调制的脉冲光纤激光器研究[D];西北大学;2018年
5 田恺;时分/波分复用光纤传感系统及其关键技术研究[D];北京交通大学;2018年
6 谌亚;新型窄线宽光纤激光器和少模光纤激光器的研究[D];北京交通大学;2018年
7 崔玉栋;碳纳米材料可饱和吸收器件的制备及其应用研究[D];中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所);2016年
8 韩冬冬;被动锁模光纤激光器孤子特性调控的研究[D];中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所);2016年
9 张海伟;全光纤单频掺铥光纤激光器和有源内腔光纤传感技术研究[D];天津大学;2017年
10 王建明;高功率单模光纤激光器关键技术及输出稳定性研究[D];华中科技大学;2017年
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1 李红旗;基于混合锁摸器件的超短脉冲激光产生的研究[D];陕西师范大学;2018年
2 柴通;被动锁模无波分裂光纤激光器的研究[D];陕西师范大学;2018年
3 张宇宁;单频光纤激光器的模式控制及调谐技术研究[D];华南理工大学;2018年
4 黄振鹏;978nm单频光纤激光器及其倍频研究[D];华南理工大学;2018年
5 刘明奕;基于金纳米棒和硫化铜纳米晶可饱和吸收体的脉冲光纤激光器的研究[D];吉林大学;2018年
6 张文超;保偏掺镱光纤锁模激光器的理论与实验研究[D];华东师范大学;2018年
7 赵磊;超强、超快光纤激光系统及种子源研究[D];中国科学技术大学;2018年
8 李庆玲;高功率可调谐掺Tm~(3+)光纤激光器的理论及实验研究[D];北京交通大学;2018年
9 李剑伟;掺Tm~(3+)锁模光纤激光器的研究[D];北京交通大学;2018年
10 朱良琴;薄板不锈钢光纤激光器焊接技术研究[D];长江大学;2018年
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