石墨烯锁模光纤激光器中的孤子动力学研究

Graphene as a new saturable absorber has attracted much attention because of its low saturation intensity, ultrafast recovery time, large saturable-absorption modulation depth, ultrabroad saturable-absorption range, and high damage threshold. A comprehensive understanding of nonlinear dynamics of graphene-mode-locked soliton fiber lasers is indispensable for the development and applications of the fiber lasers. . In this project, a novel graghene mode locker based on evanescent field interaction will be fibricated for passively mode-locked fiber lasers to generate ultrashort pulses. Various soliton operations of the graphene-mode-locked fiber lasers will be intensively investigated in the positive or negtive net cavity dispersion regime. The features of the fiber soliton lasers, such as multiple soliton generation, bound states of solitons, vector soliton formation, etc., will be observed both experimentally and numerically. The nonliear dynamics of these solitons will be explored. Passive high-order harmonic mode-locking, dissipative soliton resonance and broadband wavelength-tuning will be also investigated with graghene-based fiber lasers. The information obtained is important for the development of the fiber lasers and photonic applications of graphene. . The soltion features observed in the graphene-based fiber lasers are common in mode-locked fiber lasers. The results obtained will not only enrich the optical soliton theory in nonlinear fiber optics but also promote the development of soliton-based optical fiber communications.

石墨烯作为一种新的可饱和吸收体具有饱和恢复时间极短、饱和强度低、调制深度大、光吸收带极宽和光损伤阈值高等优点，已受到广泛关注。研究石墨烯锁模光纤激光器中超短孤子脉冲的形成及其动力学特性，对锁模光纤激光器的发展和应用具有重要的意义。 . 本项目拟制备结构新颖的倏逝场型石墨烯锁模器，并应用于锁模光纤激光器，从理论和实验两个方面研究工作在正、负色散区的石墨烯锁模光纤激光器中传统光孤子和耗散光孤子脉冲的形成以及多孤子脉冲、孤子束缚态和矢量孤子的特性，探索相应的孤子动力学过程；研究石墨烯锁模光纤激光器实现高阶谐波锁模、耗散孤子共振和宽带波长调谐的新途径。该项目的研究将为提高锁模光纤激光器的性能和开拓石墨烯在超快光子学领域的应用奠定基础。 . 本项目研究涉及的孤子动力学理论是锁模光纤激光器中的共性问题，其研究结果不仅丰富了非线性光纤光学的光孤子理论，也能够促进光孤子通信技术的发展。

石墨烯是一种新型光电子材料，已受到广泛关注。研究石墨烯锁模光纤激光器中超短孤子脉冲的形成及其动力学特性，对锁模光纤激光器的发展和应用具有重要的意义。本项目从理论和实验两个方面系统研究了石墨烯锁模光纤激光器的特性及其脉冲动力学，探索了新型类石墨烯材料---二维层状MoS2的光可饱和吸收特性，并应用于锁模/调Q光纤激光器，还研究了高重复频率的锁模光纤激光器和类噪声脉冲光纤激光器，取得的主要研究成果如下：.（1）通过数值仿真石墨烯锁模光纤激光器，重点研究了激光器中矢量耗散孤子的动力学特性、锁模脉冲宽带波长调谐的新方法以及耗散孤子共振产生的物理机制，获得的结果对研制高性能的锁模光纤激光器具有重要的参考价值。.（2）制备了高质量的石墨烯薄膜及其透射型和倏逝场型的锁模器件，并应用于光纤激光器，分别实现了锁模/谐波锁模的飞秒脉冲输出以及锁模纳秒脉冲输出，获得的MHz量级重复频率、ns量级脉宽的锁模脉冲在啁啾脉冲放大系统中有重要的应用价值。研究了不同腔结构的石墨烯调Q光纤激光器，实现了调Q脉冲在1519-1589nm范围的波长调谐。.（3）首次发现了二维层状MoS2薄膜在1550nm波段具有强可饱和吸收特性，并成功应用于锁模光纤激光器，获得了稳定的飞秒孤子脉冲输出；利用层状MoS2材料成功实现了掺铒光纤激光器的被动调Q运转，并获得了调Q脉冲在1529.8-1570.1nm范围的波长调谐。研究表明：二维MoS2材料在宽带调谐的脉冲激光器中有着重要的应用前景。.（4）利用新型光纤集成器件成功研制了基频重复频率达384MHz的飞秒掺铒光纤激光器，其具有结构简单、成本低等优点。.（5）数值仿真研究了锁模光纤激光器中类噪声脉冲的产生机制，构建了相应的实验系统，获得了光谱3dB带宽为60.2nm的类噪声脉冲；利用类噪声脉冲泵浦高非线性光纤，获得了光谱20dB带宽超过500nm的超连续谱。