【摘 要】
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隨着激光技术的快速发展,具有高重复频率的激光目前已广泛应用于光通信、光频梳、非线性显微镜和激光加工等领域,成为继高功率、多波长、超短脉冲和超宽光谱以外的又一重要研究方向,尤其在光通信领域,逐渐成为支柱型技术,因此也对其激光的重复频率提出了越来越高的要求。如何设计出结构紧凑、成本低廉,且可以输出更高重频激光的激光器成为了当下的研究热点之一。针对这一需求,本论文研究了两种结构紧凑的光纤激光器来获得重复
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隨着激光技术的快速发展,具有高重复频率的激光目前已广泛应用于光通信、光频梳、非线性显微镜和激光加工等领域,成为继高功率、多波长、超短脉冲和超宽光谱以外的又一重要研究方向,尤其在光通信领域,逐渐成为支柱型技术,因此也对其激光的重复频率提出了越来越高的要求。如何设计出结构紧凑、成本低廉,且可以输出更高重频激光的激光器成为了当下的研究热点之一。针对这一需求,本论文研究了两种结构紧凑的光纤激光器来获得重复频率可调的超高重频超短脉冲激光,通过使用性能优异的石墨烯二维材料作为可饱和吸收体来产生脉冲并压窄脉冲宽度,同时结合光纤微环谐振腔或马赫增德尔干涉仪进一步提高激光脉冲的重复频率,获得了输出激光的重复频率可调的超高重频激光脉冲序列。本论文的主要研究内容及创新成果如下:1.在综述了高重频光纤激光器的研究背景以及应用前景的基础上,分析了光纤微环谐振腔MRR（Microring resonator）和马赫增德尔干涉系统MZI（Mach-Zehnder interferometer）作为光学梳状滤波器的滤波机理以及传输理论,并对MRR和MZI的滤波特性进行了演化分析,进一步说明了不同参数对滤波结果的影响;2.搭建了石墨烯调制-光纤微环滤波的可调高重频光纤激光器,通过设计石墨烯锁模掺铒光纤激光器,并在其中熔入一个光纤微环谐振腔作为梳状滤波器,得到了重复频率为106.04 GHz的脉冲序列。之后通过调节微环半径来改变输出脉冲的重复频率,最高获得了 292.4 GHz重复频率的脉冲;3.搭建了石墨烯调制协同MZI的重复频率可调的高重频光纤激光器,以还原氧化石墨烯薄膜用作可饱和吸收体,在掺铒环形光纤激光腔内加入MZI干涉仪,通过不断调节光纤延迟线或偏振控制器的情况下,获得了重复频率在101.21 GHz到11.11 THz之间变化的高重频脉冲序列。通过调节MZI两臂之间的光程差可以使重复频率连续变化,也可以通过调节偏振控制器和改变泵浦功率使重复频率发生整数倍的增长。这一结果使产生重复频率高于10 THz的激光成为了可能,并且全光纤的结构也使制造成本极大的降低;4.基于Ginzburg-Landau方程,对石墨烯调制协同MZI滤波的重复频率可调光纤激光器的实验结果进行了演化分析。将实验中的各个器件简化为可计算模型,计算不同器件对光场的影响,同时考虑光纤的增益、损耗、群速度色散、自相位调制等效应的影响,研究光场在腔内不断传输时的演化过程,利用分步傅里叶的算法求解了Ginzburg-Landau方程从而得到精确的数值解。演化结果与实验结果基本一致,可以通过改变MZI的光程差来实现脉冲串重复频率可调。另外,也从理论上研究了在调节偏振控制器时,当石墨烯作为可饱和吸收体,在耗散四波混频、光纤双折射滤波和脉冲分裂的共同作用下,可以使重复频率发生整数倍的变化。首次提出了在多种机制共同作用时,可以产生更高重复频率的脉冲,为研究高重频激光的产生方法提供了新思路。
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