基于数字微镜器件的被动调Q激光器的研究

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调Q技术作为获取窄脉宽、高峰值功率激光的重要手段之一,已经被广泛地应用于光通信、光传感、激光加工等领域。利用可饱和吸收体进行的被动调Q技术具有结构简单、成本低、输出激光特性好等优势,近年来将二维纳米材料用作可饱和吸收体进行调Q或锁模研制超短脉冲激光已经成为研究热点。相比于光纤Bragg光栅、光纤F-P腔、Sagnac干涉型滤波器等波长调谐器件,数字微镜器件(DMD)作为一种空间光调制器,具有调谐精度高、响应速度快、热损伤阈值高、抗干扰性强等优势,在光通信领域具有广泛的应用。本文从理论和实验两方面对基于DMD的波长可调谐被动调Q激光器进行了较为深入的研究,利用氧化石墨烯(GO)薄膜制作可饱和吸收装置进行被动调Q,利用DMD进行波长调谐,最终实现了波长可调谐的调Q脉冲输出。论文主要完成的工作如下:1.介绍了调Q的基本原理和实现方法,从调Q的速率方程出发,分析各项参数对调Q脉冲性能的影响,为激光器的研制提供了理论依据;对可饱和吸收体的非线性特性进行了分析,总结了影响可饱和吸收体性能的因素,为可饱和吸收体的选择起到了理论依据;对GO可饱和吸收体进行表征,测量了非线性透过率曲线;搭建了基于GO的被动调Q掺铒光纤激光器(EDFL),实现了调Q脉冲的输出,脉冲激光的最大输出功率为239.3 μW,最大单脉冲能量为2.57 nJ。2.在对DMD的衍射特性进行分析的基础上,设计了基于DMD的滤波系统。通过ZEMAX软件进行仿真,验证了光路的可行性。在上述基础上,搭建了基于DMD的滤波系统,并对DMD的波长和带宽调谐性能进行测试,实现了波长在C波段连续可调谐,带宽可以在0.8 nm、1 nm和1.2 nm之间调谐,可作为滤波器件应用到可调谐调Q激光器中。3.在上述理论分析及实验的基础上,搭建了基于DMD的波长可调谐调Q激光器,1528.2nm-1559.3 nm范围内实现了稳定的调Q脉冲输出,调谐范围约为31 nm;通过对DMD进行设置,可以实现调谐精度小于0.08 nm的波长精细调谐;脉冲激光的最大输出功率为260.1μW,最大单脉冲能量为3.97 nJ。论文的主要创新点为:首次提出将基于DMD的滤波系统应用于基于二维纳米材料可饱和吸收体的调Q激光器中,实现中心波长在1528.2 nm-1559.3 nm范围内的连续可调谐的调Q脉冲激光输出,调谐精度可达0.08 nm。
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