2_0_m石墨烯被动调Q掺铥全光纤激光器
基于石墨烯可饱和吸收体的纳秒锁模掺铥光纤激光器
基于石墨烯可饱和吸收体的纳秒锁模掺铥光纤激光器王小发;张俊红;高子叶;夏光琼;吴正茂【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2017(066)011【摘要】报道了一种基于石墨烯可饱和吸收体的纳秒锁模掺铥光纤激光器.该激光器采用环形腔结构,利用自制的三层石墨烯薄膜作为可饱和吸收体实现锁模.同时在腔内插入一个窄带光纤光栅,约束腔内起振的纵模数,适当调节抽运功率和偏振控制器的角度,得到了重复频率为3.8 MHz、脉宽在3.8-94.3 ns之间灵活可调的2μm 纳秒锁模脉冲输出,整个脉宽调节范围超过90 ns.此外,由于获得的兆赫兹纳秒锁模脉冲时间带宽积在49-1119范围内,即存在强烈的啁啾,因而可作为2μm波段啁啾脉冲放大系统中的种子源使用.%The Tm-doped mode-locked pulsed fiber lasers,which are known for their wide applications in optical communication,laser medical system and special material processing,have attracted considerable interest as novel laser sources.Up to now,many reported Tm-doped mode-locked fiber lasers focused on emitting picosecond or femtosecond pulses at a few megahertz (MHz) repetition rate.Actually,due to the strong chirp,large pulse width,low peak power and little nonlinear phase accumulation characteristics in the process of power amplifier,nanosecond mode-locked fiber laser is a representative of ideal seed source in the chirped pulse amplification (CPA)system.However,nanosecond mode-locked fiber lasers are generally implemented with the kilometerlong cavity length,corresponding to thefundamental repetition rate of hundreds of ually,fiber lasers with such a low repetition rate are not desirable in applications of laser material processing,nor medical treatment nor scientific researches.In this paper,we report a nanosecond mode-locked Tm-doped fiber laser with MHz repetition rate based on graphene saturable absorber (SA).As the SA,graphene has excellent optical properties,such as optical visualization,high transparency,ultra-fast relaxation time and nonlinear absorption.It is not limited by the band gap either because of its zero-band-gap structure.Therefore,graphene can be used as fast SA,with wide spectral range operated.Generally,graphene suitable for mode-locked fiber lasers can be produced by using chemical vapor deposition (CVD),liquid phase exfoliation and mechanical exfoliation.Since the CVD technique can obtain high-quality graphene with precisely controlled number of layers,it is always the first choice for the manufacture of graphene.In ourwork,monolayer graphene layers are grown on copper foils by CVD,and then transferred onto the end face of the fiber connector threetimes.Meanwhile,a narrow-band fiber Bragg grating is used to constrain longitudinal modes of the laser intra-cavity.By simply adjusting the pump power and the polarization angle of polarization controller,stable 2 μm nanosecond mode-locked pulses are obtained in a wide range from 3.8 ns to 94.3 ns at 3.8 MHz repetition rate.We believe that the results obtained will be helpful for investigating the CPA system at 2 μm.【总页数】6页(P144-149)【作者】王小发;张俊红;高子叶;夏光琼;吴正茂【作者单位】西南大学物理科学与技术学院,重庆400715;重庆邮电大学光电工程学院,重庆高校光通信技术重点实验室,重庆400065;西南大学数学与统计学院,重庆400715;重庆邮电大学光电工程学院,重庆高校光通信技术重点实验室,重庆400065;西南大学物理科学与技术学院,重庆400715;西南大学物理科学与技术学院,重庆400715;西南大学物理科学与技术学院,重庆400715;西南大学数学与统计学院,重庆 400715【正文语种】中文【相关文献】1.基于微纳光纤-单壁碳纳米管可饱和吸收体的被动调Q掺镱光纤激光器 [J], 康喆;刘明奕;刘承志;李振伟;马磊;许阳;秦伟平;秦冠仕2.基于石墨烯可饱和吸收体的脉冲光纤激光器研究进展 [J], 王金章;蔡志平;罗正钱;许惠英3.基于覆石墨烯锥型光纤可饱和吸收体的掺铥光纤激光器 [J], 王小发; 顾斌4.多模光纤作可饱和吸收体的锁模光纤激光器 [J], 洪瑶;张靓;纪海莹;孙梦茹;王天枢5.基于MoO_3可饱和吸收体的掺镱被动锁模光纤激光器 [J], 江俊林;乐文杰;王玮琦;丁翌辰;吴波;沈永行因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
可调谐被动锁模掺铥光纤激光器
可调谐被动锁模掺铥光纤激光器佚名【摘要】为了实现波长可调谐被动锁模掺铥光纤激光器,提出了基于激光腔随机双折射效应通过调节激光偏振态来改变被动锁模掺铥光纤激光器的工作波长的方法,并进行了原理分析和实验验证.结果表明,调节偏振控制器可实现在201 0nm,2019nm,2024nm,2050nm等多个中心波长处的锁模脉冲输出,同时在单个中心波长附近,还可以精密调谐.这种可调谐锁模激光器结构简单、可调谐性好,对光通信、超快光学、医学、遥感技术和雷达等应用中光源的选择有一定的参考价值.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2019(043)001【总页数】4页(P11-14)【关键词】激光器;掺铥光纤激光器;被动锁模;波长可调谐;双折射【正文语种】中文【中图分类】TN248引言日益成熟的光纤通信技术在一定程度上推动了信息化时代的发展进程。
光纤激光器作为光纤通信的理想光源，成为继固体激光器问世以来的又一大新发明。
相对于传统的固体激光器，光纤激光器对环境要求低、与光纤系统的耦合性好、转换效率高、结构小巧灵活，更加适合实际应用［1］。
和传统的掺铒光纤激光器、掺镱光纤激光器相比，掺铥光纤激光器输出的激光波段在2μm，同样处于光纤通信的低损耗窗口，也可应用于空间光通信。
同时，2μm波段是人眼安全波段，水分子在此波段有强烈的吸收峰，使得掺铥光纤激光器对人体的软组织结构有切割、汽化等作用［2］，因而，掺铥光纤激光器在生物学和医疗方面也有重大的应用前景。
2μm掺铥光纤激光器在输出窄线宽和高脉冲能量方面更有优势，是光学参量振荡器不可或缺的抽运源，通过非线性转换可以获得中红外波段的激光［3］。
不仅如此，2μm 激光器是气体探测中特别具有吸引力的光源，如对CO2的探测就可以使用这种光源［4］。
近年来，波长可调谐的脉冲光纤激光器作为光源在光波分复用-时分复用通信系统中发挥着重要作用。
与连续光纤激光器相比，脉冲光纤激光器在保证高光束质量、高环境稳定性、高光光转换率的同时，激光峰值功率更高;锁模脉冲光纤激光器可以产生稳定高重复频率的超短光脉冲，是较为理想的通信用光源。
掺铒光纤激光器原理
掺铒光纤激光器原理一、概述掺铒光纤激光器是一种基于掺铒光纤（Er-doped fiber）的激光装置，具有输出功率高、调制带宽宽、转换效率高等优点，被广泛应用于激光手术刀、激光雷达、激光打标、光通信和能量激光光源等领域。
本文将详细介绍掺铒光纤激光器的原理和构成。
二、原理1. 掺铒光纤的结构与特性掺铒光纤是由玻璃材料制成的，其结构类似于普通光纤，由包层、掺铒核心和侧面反射层组成。
铒元素在光纤中的浓度较高，可以激发激光振荡。
掺铒光纤具有较高的增益系数，适合产生激光。
2. 激光振荡过程当泵浦光照射掺铒光纤时，铒离子受激发射出电磁波，经过谐振腔反射和损耗，最终形成激光振荡。
在这个过程中，泵浦光的强度、波长和掺铒光纤的结构参数都会影响激光的输出功率和波长。
3. 谐振腔谐振腔是掺铒光纤激光器的关键组成部分，由两个反射镜组成。
其中一个反射镜固定在激光器内部，另一个需要通过外部调节来保证激光在特定波长范围内输出。
谐振腔的长度会影响激光的波长和输出功率。
三、构成1. 泵浦源泵浦源是提供能量的设备，通常采用高强度半导体激光器作为泵浦光源。
泵浦光的波长通常在800-900nm范围内，可以根据掺铒光纤的特性进行调整。
2. 掺铒光纤掺铒光纤是激光振荡的核心部件，决定了激光的输出性质。
通常选用具有较高铒离子浓度的光纤，以获得较高的增益系数和激光输出功率。
3. 反射镜反射镜是构成谐振腔的关键部件，通常采用高反射率的光学镜片。
其中一个反射镜固定在激光器内部，另一个需要通过外部调节来保证激光在特定波长范围内输出。
4. 驱动与控制电路驱动与控制电路是掺铒光纤激光器的核心部分，负责控制泵浦光的强度、波长和照射时间等参数，以保证激光的稳定输出。
同时，还需要监测激光的输出功率、波长和稳定性等指标，以便进行调节和控制。
四、应用领域1. 激光手术刀：掺铒光纤激光器具有较短的波长（2μm），可以穿透组织较浅，适用于激光手术刀领域。
通过调节泵浦光的强度和输出功率，可以控制激光的切割深度和宽度。
全光纤主动锁模2μm掺铥脉冲激光器
图 １ 腔 内调 制 掺 铥 光 纤 激 光 器 结 构 图
图 ２ 主动 锁 模 稳 定 脉 冲波 列 （ 插 图 中为 单 个 脉 冲 波 形 ）
该 线性 腔 的纵模 间隔 △ 。 ＝ ： ＝ ｃ ／ ２ ｎ Ｌ， Ｌ（ 约 ８ ． ２ ２ ｍ） 是 激 光腔 长 ， ｔ ／ ＇ （ 约 １ ． ４ ５ ） 是纤 芯 折射 率 ， Ｃ 是 真 空 中光
ｔ ｉ ｍｅ ｄ ｅ ｌ ａ ｙ ／ ａ ｓ
Ｆｉ ｇ ． １ Ｓ ｅ ｔ ｕ ｐ ｏ ｆ ｉ ｎ ｔ ｒ ａ ｃ ａ ｖ ｉ ｔ ｙ ｍｏ ｄ ｕｌ ａ ｔ ｅ ｄ Ｔｍ— ｄｏ ｐ ｅ ｄ ｆ ｉ ｂ ｅ ｒ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ
Ｆｉ ｇ ． ２ Ｓｔ ａ ｂ ｌ ｅ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｐｕ ｌ ｓ ｅ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｏｆ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｍｏ ｄ ｅ — ｌ ｏ ｃ ｋｉ ｎ ｇ （ ｉ ｎ ｓ ｅ ｔ ｉ ｓ ｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ）
第 ２ ５卷 第 １ ０期 ２ ０ １ ３年 １ ０月
石墨烯被动调Q1064nm小功率Nd：YAG激光器
激 光 与 红 外
ＬＡＳＥＲ ＆ ＩＮＦＲＡＲＥＤ
文章编号：１００１—５０７８（２０１６）０４－０４２２－０３
Ｖｏｌ＿４６．Ｎｏ．４ Ａｐｒｉｌ，２０１６
·激光器 技术 ·
石 墨 烯 被 动 调 Ｑ １ ０６４ ｎｍ小 功 一），硕 士 ，实验师 ，主要从事光 电子器件及材料 ，物理实验的研 究。 通讯作者 ：林洪沂 （１９８２一），博 士 ，副教授 ，主要从事全 固态激光与光学频率变换技术 的研究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｎｙｉ０７１４＠ １６３．ｃｏｍ
收 稿 １３期 ：２０１５－０７－２８
非常简单紧凑 Ｊ。半导体饱和吸收镜 和碳纳米管 Ｍｅｎ等采用外 延生长 ＳｉＣ基 石墨烯 饱 和吸收体 ，获得
具 有非 常 好 的饱 和 吸 收 特性 。然 而 ，半 导体 饱 和 吸 １１２３ ｎｍ Ｎｄ ：ＹＡＧ 陶 瓷 脉 冲 激 光 器 。输 出 功 率
收镜 制造 封装 工艺 复杂 ，工 作波 长范 围较 窄 ，损 伤 阈 ３３２ ｍｗ 、脉 冲 宽度 ８７５．７ ｎｓ、重 复 频 率 ４６．８ ｋＨｚ 。
本 文采 用 非 常 简易 的水 平 蒸 发 法 ，将 石 墨烯 沉
积在 Ｎｄ：ＹＡＧ晶体面上 ，制备了透射式饱和吸收
体 ；获得 了 １０６４ ｎｍ Ｎｄ：ＹＡＧ激 光 器 ，验 证 了石 墨
烯 的可饱 和 吸收特 性 ，实 现 了脉 冲稳定 输 出。
２ 实验装 置
实验采用简单紧凑 的直线 型端泵结构 ，如 图 １ 所示 。泵浦 源 为 ２ ｗ 国产半 导 体 激光 器 ，输 出波 长 ８０８ ｎｍ。泵浦光 经耦 合透 镜 聚焦 ，激励 Ｎｄ：ＹＡＧ激 光 工作 介质 。Ｎｄ：ＹＡＧ尺 寸 为 ３ Ｘ ５ ｍｍ，Ｎｄ¨ 掺杂浓度为 １％，晶体左端（Ｍ，）镀有 １０６４ ａｍ高反 膜 与 ８０８ ｎｍ增 透膜 ，右端 镀有 １０６４ ｎｍ增 透膜 。输 出耦 合 镜 Ｍ：为 平 凹镜 ，曲 率 半 径 为 ２００ ｍｍ， １０６４ ｎｍ 透 过率 为 ３％ 。
2μm波段半导体可饱和吸收镜被动调Q光纤激光器
摘 要 ： 基 于 半 导 体 可 饱 和 吸 收 镜 和 光 纤 光 栅 实 现 了 稳 定 的 ２ｂ 波 段 被 动 调 Ｑ 光 纤 脉 冲 激 光 器 ， 出 ｔ ｍ 输 激 光 的 中心 波 长 为 １９ ８ ２ｎ ５ ． ｍ。 随着 泵 浦 功 率 的增 加 ， 出脉 冲 的 重 复 频 率 不 断 增 加 ， 对 应 脉 冲 的 宽 度 不 输 而 断 减 小 。输 出脉 冲重 复 频 率 的 变化 范 围 为 ２ ￣ ８ Ｈｚ脉 冲 宽 度 的 变 化 范 围 为 ４０ｎ ～ １ ｓ 当泵 浦 功 率 为 ０ ０ｋ ， ９ ｓ 。
见报 道 。
２１ ０ ２年 ３月 １ ５日， 防科学 技术 大学 光 电科学 与 工程学 院实 现 了基 于 Ｓ Ｓ 国 Ｅ ＡＭ 的 ２／ 波段 稳 定被 动 调 ｘ ｍ Ｑ 光纤 激光 器 。激光 器采 用线 性 腔 结 构 ， 值 反 射 率 为 ５ 的 光纤 光 栅 和 Ｓ Ｓ 峰 ０ Ｅ ＡＭ 组 成 了线 性 腔 的反 射 端
实现 了 ｆ 和 ｐ 量 级 的脉 冲输 出ｌ ］通 过声 光 调 Ｑ、 械 调 Ｑ 和增 益 开关调 Ｑ 等方 式实 现 了 ｎ 量 级 的脉 冲输 ｓ ｓ ｌ ， 机 ｓ 出［ 。Ｋｉｉｔ 虽报 道 了基 于半 导体可 饱 和吸 收镜 （ Ｅ ＡＭ） ２ ｍ 波 段被 动调 Ｑ光 纤 激 光 器Ｉ ， 是 该 ３ ］ ｖｓ６等 Ｓ Ｓ 的 ＿ 但 ４ ］ 激 光 器 中包 含了 一个用 于 选模 的石 英标 准具 ， 利 于全 光 纤结 构 的实 现 。 国 内相关 单 位 主要 研 究 ２ ｍ 波 段 不 的连 续光 输 出光纤 激光 器 ， 在调 Ｑ 脉 冲光 纤激 光器 方面 仅有 北京 工业 大学 高功 率 光纤 激 光课 题组 实 现 了石 墨 烯 被 动调 Ｑ 的 ２ ｍ 掺 铥 光纤激 光 器ｌ 。 目前 ， 于 Ｓ Ｓ ５ ］ 基 Ｅ ＡＭ 实 现 ２ ｍ 波 段 稳 定调 Ｑ 的 实验 研 究 在 国 内鲜
基于多层石墨烯可饱和吸收体的被动调Q Ho︰YAG激光器
基于多层石墨烯可饱和吸收体的被动调Q Ho︰YAG激光器崔铮;陈毅;姚宝权;段小明;申英杰;申作春;鲁建业;戴通宇【摘要】报道了2μm被动调Q的Ho∶YAG激光器,该激光器采用Tm3+光纤激光器作为泵浦源,使用多层石墨烯作为可饱和吸收体。
在连续波激光输出模式下,当泵浦功率为4.2 W时,获得了750 mW激光输出,输出激光中心波长为2.09μm,斜率效率为29.6%。
在连续波激光器谐振腔中插入多层石墨烯可饱和吸收体并调整谐振腔,获得了脉冲激光输出。
当泵浦功率为4.2 W时,获得最小脉冲宽度3.1μs、重复频率66.6 kHz的脉冲激光输出,其最大平均输出功率为170 mW,斜率效率为12.6%,光束质量因子M2x =1.15, M2y =1.12。
%A 2 μm passively Q-switched ( PQS) Ho∶YAG laser pumped by a Tm3+ fiber laser was demonstrated with a multilayer graphene as the saturable absorber. In the continuous wave ( CW) mode, a 2. 09 μm laser with the output power of 750 mW was obtained at the incident pump power of 4. 2 W, corresponding to the slope efficiency of 29. 6%. By inserting a multilayer graphene as the saturable absorber and adjusting the cavity, we achieved passively Q-switched laser pulses. The minimum pulse duration was obtained at the pump power of 4 . 2 W with the repetition rate of 66 . 6 kHz and the pulse width of 3. 1 μs. The maximum output power of 170 mW was achieved, corre-sponding to the slope efficiency of 12. 6%. The beam quality factors are M2x =1. 15 and M2y =1. 12, respectively.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2016(037)006【总页数】5页(P696-700)【关键词】固体激光器;被动调Q;Ho∶YAG;多层石墨烯【作者】崔铮;陈毅;姚宝权;段小明;申英杰;申作春;鲁建业;戴通宇【作者单位】哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TN242 μm波段的被动调Q固体激光器在很多领域有重要的应用，比如相干微分吸收激光雷达和激光遥感［1］、激光医疗［2］，光学参量振荡技术和光学参量放大技术［3］等。
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中 国 激 光
algorithmbasedontotalleast-squaresmethodwithapplicationtoADCeffectivebitsmeasurement[J].IEEETrans.Instrum.Meas.,1997,46(4):1026~1030
2.0Lm石墨烯被动调Q掺铥全光纤激光器
石墨烯(Graphene)材料作为可饱和吸收体与
半导体可饱和吸收镜(SESAM)相比具有制作简单、成本低廉、恢复时间快、可饱和吸收阈值低、并能覆盖从可见光到中红外(400~2000nm)波段的超宽带宽等优点。在1.0~1.1Lm掺镱和1.5~1.6Lm掺铒波段,基于石墨烯可饱和吸收体的被动锁模、被动调Q激光器的研究已有报道。目前,石墨烯材料作为可饱和吸收体用于2.0Lm波段激光器的被动锁模或被动调Q的研究国内外还未见任何报道。北京工业大学高功率光纤激光课题组首次成功实现了全光纤结构石墨烯被动调Q的2.0Lm掺铥脉冲光纤激光器。整个激光器采用了环形腔结构设计,而新型功能材料石墨烯作为激光被动调Q器件,图1(a)为石墨烯可饱和吸收体的拉曼光谱,其G峰和2D峰分别位于1581cm-1和2710cm-1处,G峰位置处于1581cm-1以及2D峰的形状较窄表明石墨烯的层数在4~6层之间,饱和吸收调制深度约为10%。
当抽运功率为1.3W时,开始得到稳定的重复频率为
44kHz的调Q激光脉冲输出,平均输出功率约为
2.9mW,脉冲宽度约为3.0Ls。随着抽运功率的增
加,平均输出功率和重复频率几乎成线性增加[图1
(b)]。当抽运功率增加到1.6W时,最大平均输出功
率约为5.0mW,相应的单脉冲能量为89nJ,脉冲宽
度为1.4Ls,中心波长为2007nm[图1(c)]。为了研
究调Q激光脉冲的稳定性,我们采用频谱分析仪测量
了重复频率为51kHz时的信噪比[图1(d)],其值大
约为40dB,表明调Q激光脉冲很稳定。本实验结果
充分证明石墨烯材料在2.0Lm波段具有可饱和吸收
特性,为石墨烯可饱和吸收体成为很有潜力的激光被
动锁模、被动调Q器件奠定了基础。
图1(a)石墨烯的拉曼光谱;(b)石墨烯调Q脉冲串;(c)石墨烯调Q最窄脉冲宽度;
(d)石墨烯调Q激光脉冲的无线电频谱
Fig.1(a)Ramanspectrumofthegraphenesaturableabsorber;(b)pulsetrainoftheQ-switchedgraphene;(c)minimal
pulsewidthoftheQ-switchedgraphene;(d)radiofrequencyspectrumoftheQ-switchedgraphenefiberlaser
刘 江 王 璞
*
北京工业大学激光工程研究院国家产学研激光技术中心,北京100124
*E-mail:wangpuemail@bjut.edu.cn
收稿日期:2011-07-21;收到修改稿日期:2011-08-29
1008004-6