论文部分内容阅读
超快脉冲激光技术在很多领域都有着广泛的应用,包括医学成像、空间测距、眼科学、太赫兹光谱、材料微加工、精密计量。与传统的固体、气体激光器相比,被动锁模光纤激光器具有独特的优势（如成本低,光束质量好,结构简单,环境适应性强等）,因而一直受到了学者的广泛关注。在被动锁模光纤激光器中,可饱和吸收体是一个非常关键的部分,它对锁模脉冲的形成,脉冲宽度以及稳定性都紧密相关。可饱和吸收体的研究经历了可以追溯到最初的染料,以及半导体可饱和吸收镜（SESAM）到最近的一些新型纳米材料,如碳纳米管（CNT）、石墨烯（Graphene）、拓扑绝缘体（TIs）、过渡金属硫化物（TMDs）等。基于这些新型纳米材料的超快被动锁模光纤激光器成为当下的光学领域的研究热点。然而,这些报道的基于新型纳米材料的超快光纤激光器基本都限制于实验室内,基本没有实用化。而将光纤激光器推向实用化具有深远的战略意义。本论文利用磁控溅射技术制备了有效的可饱和吸收体,并在掺铒光纤激光器和掺铥光纤激光器中验证了其长时间连续工作的有效性。本论文主要工作如下:1)介绍了在光纤介质中的色散效应和非线性效应,并且分析了色散效应和非线性效应对光脉冲在时域和频域上的影响。从麦克斯韦（Maxwell）方程组出发,推导了光脉冲在光纤中传导的基本方程;然后,概述了锁模光纤激光器的锁模原理,将锁模激光器与连续光激光器的峰值功率做了比较。介绍了被动锁模激光器可饱和吸收体的工作原理和3个重要参数。2)利用磁控溅射技术制备了MoS2,Bi2Se3及MoS2/Bi2Se3异质结可饱和吸收体。利用拉曼光谱,扫描电子显微镜对制备的MoS2/Bi2Se3异质结样品进行了特性表征,利用Z扫描技术对此三种吸收体进行了非线性测试。基于这三个可饱和吸收体在掺铒光纤系统中分别实现了稳定的飞秒锁模脉冲输出,其中MoS2/Bi2Se3异质结可饱和吸收体的锁模光纤激光器具有最窄的脉冲宽度为586fs。进一步,优化了MoS2掺铒光纤激光器,获得脉宽256 fs,输出功率67 mW,单脉冲能量为2nJ,重频为34.7 MHz的锁模激光产生。3)利用磁控溅射技术制备了α-In2Se3可饱和吸收体。利用扫描电子显微镜表征了所制备薄膜的厚度及表面形貌,测试了α-In2Se3薄膜的拉曼光谱,线性吸收光谱,证明了所制备薄膜具有良好的晶格质量。利用双臂测量和Z扫描技术对此吸收体进行了系统的非线性测试,证明了α-In2Se3在1μm,1.5μm,2μm波段的宽带可饱和吸收特性。基于α-In2Se3可饱和吸收体在掺铒光纤激光器和掺铥光纤激光器中分别实现了276fs和1.02ps的稳定的锁模脉冲输出。