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可见光脉冲激光器在远距离探测、医疗和通信领域有着重要的应用。相比非线性倍频方法得到可见光,利用掺杂稀土离子光纤激射可见光,具有结构紧凑、简单和高效的优点。Pr3+离子是唯一在室温下可激射多种可见光波长的稀土离子。可见光波段在普通石英光纤中有较大的传输损耗,而ZBLAN光纤因为声子能量很低,仅为580cm-1,且在可见光波段传输损耗小(<0.1dB/m),使得掺Pr3+ZBLAN光纤成为可见光激光器的绝佳增益介质。被动调Q相比于主动调Q减少了非光学器件的引入,更易与光纤激光器相结合。近年来石墨烯的出现,开启了二维材料在超短脉冲领域的研究热潮。拓扑绝缘体(Bi2Se3)凭借其调制深度大,宽带可饱和吸收特性,成本低廉等优点,已经被广泛应用于调Q/锁模激光器的研究工作。而基于拓扑绝缘体的被动调Q激光器激射波长主要集中在1-和2-μm波长,本文正是基于以上背景,开展可见光604nm Bi2Se3被动调Q Pr:ZBLAN全光纤激光器的理论与实验研究工作,主要的内容和创新点总结如下:1、橙光Bi2Se3被动调Q光纤激光器的数值仿真。通过被动调Q激光器的基本原理和速率方程的推导,在结合实验参数、增益介质Pr:ZBLAN光纤以及拓扑绝缘体(Bi2Se3)材料特性的基础上,利用Runge-Kutta法数值解析得到被动调Q激光器的特性和基本规律。被动调Q激光器腔内光子数密度、增益介质反转粒子数密度和可饱和吸收体基态粒子数密度在数值上有1:1:1的关系。调Q脉冲重复频率与泵浦效率成正比,与可饱和吸收体调制深度成反比关系;脉冲宽度随可饱和吸收体调制深度增加而降低。数值仿真为后续实验做理论基础和指导。2、实现掺Pr3+ZBLAN被动调Q激光器的全光纤结构。光纤端面经过金刚石抛光纸抛光之后,使用等离子磁控溅射仪进行镀制介质薄膜,最终得到对于泵浦光高透且对604nm橙光高反(78.22%@444nm,2.65%@604nm)的输入镜,以及对激射橙光有一定比例输出(65.54%@444nm,7.2%@604nm)的输出镜。两者共同构成全光纤可见光激光器的谐振腔,有效的保留了光纤激光器紧凑、高效的特性。3、实现拓扑绝缘体(Bi2Se3)在可见光波段最短波长(604nm)的调Q脉冲输出,从实验上充分证明Bi2Se3宽带可饱和吸收特性。以连续橙光激光器为基础,在谐振腔中依照“三明治结构”插入可饱和吸收体,最终得到604nmBi2Se3 Pr:ZBLAN全光纤脉冲激光器。激光器调Q阈值253.0mW,可饱和吸收体的插入损耗为1.76dB,脉冲宽度748ns-494ns,脉冲重复频率86.2kHz-187.4kHz,信噪比达到40dB。据我们所知,这是最短波长的Bi2Se3被动调Q全光纤激光器。