石墨烯被动锁模光纤激光器的机理及特性研究

石墨烯为当前最受关注的功能材料之一，其可饱和吸收特性及其在锁模激光器中的研究也开始得到光学界的极大关注。我们将从理论上和实验上对石墨烯的可饱和吸收特性和锁模机理进行研究，揭示单层和少数层石墨烯的可饱和吸收机理，从理论上分析结构缺陷和成分缺陷对其饱和吸收特性的影响；解决石墨烯在光纤端面上的光学沉积机理和关键技术，特别是石墨烯与其它特定材料共同沉积形成合成物的光学特性的改善，揭示影响其性能的内在机理和因素；利用石墨烯吸收体对掺铒和掺镱等不同波段的光纤激光器进行锁模，获得超短脉冲输出，并利用其优异的宽带吸收特性实现宽范围波长调谐输出；对获得的激光脉冲进行包层泵浦放大，获得高能量超短脉冲激光输出。项目的进行将揭示石墨烯被动锁模光纤激光器超短脉冲形成机理，对石墨烯在光纤激光技术方面的应用做出贡献。

石墨烯为当前最受关注的功能材料之一，其可饱和吸收特性及其在锁模激光器中的研究也得到研究者的极大关注。我们从理论和实验上对石墨烯的可饱和吸收特性和锁模机理进行了系统研究。首先我们对石墨烯在光纤端面上的沉积技术进行了深入研究，通过实验，掌握了利用石墨烯分散液在光纤端面上沉积合适厚度的石墨烯层的技术，研究了沉积时间，激光功率和溶液浓度对形成石墨烯沉积薄膜的影响，获得了理想的实验结果，对其机理进行了适当分析；利用在光纤端面沉积的石墨烯薄膜作为可饱和吸收体，分别进行了掺铒锁模光纤激光器和掺镱锁模光纤激光器的研究，均获得了超短脉冲输出，输出脉冲达到百飞秒量级，输出功率为10mW左右。通过适当调整激光腔的偏振状态、泵浦功率及损耗等，获得了二次谐波、三次谐波和四次谐波的锁模脉冲输出。利用石墨烯薄膜覆盖拉锥光纤结构组成可饱和吸收体，进行了掺铒光纤激光器锁模技术研究。研究发现利用这种结构，可以观察到丰富的脉冲动力学过程，除常见的锁模输出外，还可以得到调Q锁模输出，另外通过调整激光器参数和可饱和吸收体状态，实验上实现了孤子束缚态、孤子脉动、孤子雨等动力学过程，并对其形成机理进行了分析。利用石墨烯和氧化石墨烯，实现了掺铒光纤激光器和掺镱光纤激光器的调Q输出，输出脉冲为微秒量级。另外课题组结合拉锥光纤和石墨烯薄膜，利用拉锥光纤的干涉滤波效应及激光器增益烧孔效应，进行了多波长调Q光纤激光器的研制，获得多个波长的可转换调Q激光输出。采用MOPA结构，对获得的锁模脉冲进行包层放大，使输出脉冲激光功率达到瓦量级。