基于二维材料可饱和吸收体的脉冲光纤激光技术研究

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1、中文图书分类号：TN248密级：公开UDC：535学校代码：10005博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目：基于二维材料可饱和吸收体的脉冲光纤激光技术研究论文作者：李克轩学科：光学工程指导教师：宋晏蓉教授论文提交日期：2017年5月UDC：535学校代码：10005中文图书分类号：TN248,TN241,TN242学号：B201306018密级：公开北京工业大学工学博士学位论文题目：基于二维材料可饱和吸收体的脉冲光纤激光技术研究英文题目：PULSEDFIBERLASERSBYUSINGTWO-DIMENSION

2、ALMATERIALSASSATURABLEABSORBERS论文作者：李克轩学科专业：光学工程研究方向：激光与光电子技术申请学位：工学博士指导教师：宋晏蓉教授所在单位：应用数理学院答辩日期：2017年5月授予学位单位：北京工业大学DissertationSubmittedtoBeijingUniversityofTechnologyforDoctorDegreeofEngineeringPULSEDFIBERLASERSBYUSINGTWO-DIMENSIONALMATERIALSASSATURABLEABSORBERSLIKEXU

3、ANSupervisedbyProfessorSONGYANRONGMajorinOpticalEngineeringBeijingUniversityofTechnologyMay,2017独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：李克轩日期：2017

4、年05月25日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：李克轩日期：2017年05月25日导师签名：宋晏蓉日期：2017年05月25日摘要摘要脉冲激光光源广泛应用于光通信、外科手术、生物探测、材料的精密微加工和太赫兹波生成等领域。光纤激光器因其结构简单紧凑、稳定性高、散热好、成本低、易小型化，成为了脉冲激光源的理想选择，同时光纤的色

5、散和较大非线性使得脉冲光纤激光器能够产生各种性能的脉冲，可以满足不同领域的应用需求。利用可饱和吸收体实现被动调Q和锁模技术是产生脉冲最简单有效的方法，二维纳米材料可饱和吸收体具有很多优点：工作波段宽、恢复时间快、制备工艺简单、成本低、易集成和全光纤化，已成为当前国际上的研究热点和重要前沿领域。研究这些二维纳米材料可饱和吸收体参数及可饱和吸收元件结构对光纤激光器输出脉冲性能的影响，对可饱和吸收体的制备和脉冲性能的控制有着重要的指导意义和实用价值。本文对二维材料中的拓扑绝缘体和过渡金属硫化物可饱和吸收体应用于光纤激光器产生脉冲展开了理论和

6、实验研究。本文的主要研究内容如下：一、理论上模拟了可饱和吸收体被动锁模光纤激光器中产生的全正色散耗散孤子（1m波段）和负色散常规孤子（1.5m波段）的腔内脉冲动力学演化过程。在泵浦和腔条件不变的情况下，详细讨论了可饱和吸收体参数（调制深度和饱和功率）对两类光纤激光器输出脉冲的脉冲宽度、光谱宽度和峰值功率等特性产生的影响，为优化可饱和吸收体参数提供理论指导。模拟结果表明目前用于光纤激光器的二维材料可饱和吸收体比较适合于产生常规孤子脉冲，若想要产生高能量窄脉宽的耗散孤子脉冲，必须选择合适的饱和功率值并适当提高调制深度，因为低调制深度下

7、容易产生多脉冲现象。二、对拓扑绝缘体Bi2Se3可饱和吸收体产生脉冲技术进行了研究。利用溶液化学合成法制备了拓扑绝缘体Bi2Se3纳米片分散液，并用高分子聚合物聚乙烯醇（PVA）制作了Bi2Se3-PVA薄膜型可饱和吸收元件。利用单个Bi2Se3-PVA薄膜，在掺铒光纤激光器中实现了通信长波段1600nm、360fs的脉冲输出；在掺镱光纤激光器中实现了调Q锁模脉冲输出，调Q脉冲的最小宽度为1.12s，最高脉冲能量为39.6nJ，重复频率为96-175KHz；通过增加腔长进一步实现了耗散孤子锁模输出，输出脉冲宽度为210ps、脉冲能量

8、0.83nJ，波长调谐范围为1032-1037nm。利用多层Bi2Se3-PVA薄膜型可饱和吸收元件实现了双波长锁模脉冲输出，两个波长中心分别为1532nm和1557nm；通过调整泵浦功率和偏振控制器实现了一种特殊的双波