溶胶-凝胶法制备可饱和吸收器件在光纤激光器中的应用

论文摘要

超短脉冲光纤激光器由于光束质量好,结构简单、紧凑,在光通信、医学、计量、材料加工等领域有着广泛的应用。目前,半导体可饱和吸收镜（SESAM）是工业锁模光纤激光器中应用最广泛的锁模器件。然而,SESAM有一些固有缺点,例如半导体比较昂贵、对基地的要求高、灵活性差等等。最近几年以来,一些新型宽带可饱和吸收体被发现具有可饱和吸收特性,比如碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、过渡金属硫化物等等。因此本论文主要围绕这些新型宽带可饱和吸收体的制备以及在光纤激光器中的应用展开研究。本文通过一些制备方式的改进,提高了可饱和吸收体的损伤阈值,降低了锁模器件的非饱和损耗。本论文的主要研究内容包括:（1）首先本文探索了利用溶胶-凝胶法制备二氧化硅的实验参数。利用控制变量法经过多次的实验得到了制备溶胶-凝胶玻璃的最佳配比方法。然后利用溶胶-凝胶法首次制备了氧化石墨烯可饱和吸收体。扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射（XRD）和红外光谱（IR）分析表明,溶胶-凝胶玻璃的主要成分为致密的非晶态二氧化硅。最后我们将溶胶-凝胶法制备的氧化石墨烯可饱和吸收体应用于锁模掺铒光纤激光器获得了稳定的锁模脉冲输出。脉冲持续时间、最大输出功率和峰值功率分别为582 fs、17.58 mW和1.30 kW。（2）宽带可饱和吸收体具有非饱和损耗大、激光损伤阈值低的缺点,导致基于宽带可饱和吸收体的光纤激光器的平均输出功率比较低。因此,提高宽带可饱和吸收体的损伤阈值具有重要意义。本文第三章利用溶胶-凝胶法制备了碳纳米管掺杂的溶胶-凝胶玻璃复合材料。溶胶-凝胶玻璃的主要成分是非晶态二氧化硅,因此该器件具有很高的损伤阈值。最后,我们将掺杂有碳纳米管的溶胶-凝胶玻璃应用到掺铒光纤激光器中,在1559 nm处产生了锁模脉冲输出。最短脉冲持续时间为456 fs,最大平均输出功率110.65 mW。与大多数基于宽带可饱和吸收体的掺铒光纤激光器相比,平均输出功率是比较高的。（3）本文最后设计了一种基于还原氧化石墨烯（RGO）可饱和吸收体的纳秒锁模掺铒光纤激光器。首先我们对氧化石墨烯进行热还原,从而制备出了以云母片基底的RGO可饱和吸收体。然后采用扫描电子显微镜（SEM）、拉曼光谱仪和X射线光电子能谱（XPS）分析了 RGO的特性,结果表明,热还原氧化石墨烯的还原度很高。最后搭建了环形掺铒光纤激光器,通过在掺铒光纤激光器腔中嵌入以云母片为基地的RGO,实现了中心波长为1567.29 nm、重复频率12.66 MHz的稳定锁模脉冲输出。最大输出功率和最小脉冲持续时间分别为18.22 mW和1.38 ns。相比于其他报道的纳秒锁模光纤激光器,18.22 mW是比较高的输出功率。这种具有纳秒脉冲和兆赫重复频率的掺铒光纤激光器可以作为啁啾脉冲放大系统的种子振荡器。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 超短脉冲光纤激光器
•     1.1.1 超短脉冲光纤激光器的发展历史和趋势
•     1.1.2 激光器锁模原理
•   1.2 新型宽带可饱和吸收体
•     1.2.1 碳纳米管
•     1.2.2 石墨烯
•     1.2.3 氧化石墨烯
•   1.3 新型宽带可饱和吸收体的制备方法
•     1.3.1 新型宽带可饱和吸收体的常见制备方法
•     1.3.2 溶胶-凝胶法制备可饱和吸收体
•   1.4 本论文主要工作
• 2薄膜的制备及其在激光器中的应用'>第2章 GO-SiO₂薄膜的制备及其在激光器中的应用
• 2薄膜'>  2.1 溶胶-凝胶法制备GO-SiO₂薄膜
•     2.1.1 实验材料与设备
•     2.1.2 实验步骤
•     2.1.3 实验条件对生成薄膜的影响
• 2可饱和吸收体器件的表征'>  2.2 GO-SiO₂可饱和吸收体器件的表征
•     2.2.1 溶胶-凝胶玻璃的表征
•     2.2.2 GO可饱和吸收体的表征
• 2可饱和吸收体器件的表征'>    2.2.3 GO-SiO₂可饱和吸收体器件的表征
•   2.3 锁模光纤激光器的实验装置
•   2.4 实验结果与讨论
•   2.5 本章小结
• 第3章 基于碳纳米管可饱和吸收体的掺铒锁模光纤激光器
•   3.1 引言
• 2可饱和吸收体器件的制备及其表征'>  3.2 CNT-SiO₂可饱和吸收体器件的制备及其表征
•   3.3 实验设计
•   3.4 结果和讨论
•   3.5 本章小结
• 第4章 还原氧化石墨烯在锁模光纤激光器中的应用
•   4.1 引言
•   4.2 RGO/FM可饱和吸收体器件的制备
•   4.3 还原氧化石墨烯的表征
•   4.4 实验设计
•   4.5 实验结果与分析
•   4.6 本章小结
• 第5章 总结
•   5.1 本论文主要工作
•   5.2 创新点说明
•   5.3 今后工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈振东

导师: 王勇刚

关键词: 光纤激光器,可饱和吸收体,锁模技术,溶胶凝胶法

来源: 陕西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 陕西师范大学

分类号: TN248

DOI: 10.27292/d.cnki.gsxfu.2019.000929

总页数: 63

文件大小: 6125K

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