波長靈活的石墨烯鎖模拉曼光纖雷射器研究

《波長靈活的石墨烯鎖模拉曼光纖雷射器研究》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所，由馮衍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：波長靈活的石墨烯鎖模拉曼光纖雷射器研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：馮衍
• 依託單位：中國科學院上海光學精密機械研究所

項目摘要

超短脈衝光纖雷射器在科學研究、工業加工、生物醫學等領域有重要套用。常規離子摻雜鎖模光纖雷射器的工作波長局限於能級躍遷，本項目擬研究基於拉曼增益的連續光泵浦鎖模光纖雷射器，把鎖模雷射工作波長拓展至常規離子摻雜光纖雷射器不能覆蓋的區域。近年來，已有一些這方面的研究，但是針對拉曼增益特殊性的鎖模光纖雷射器理論與數值模型尚無詳細研究，報導的實驗結果與相應的稀土離子摻雜鎖模光纖雷射器相比，性能差距不小。本項目結契約樣有超寬譜特性的石墨烯可飽和吸收體和拉曼增益，以獲得真正波長靈活的鎖模光纖雷射器。在研製穩定、高損傷閾值的基於單模-多模-單模光纖結構的石墨烯可飽和吸收體器件，深入的拉曼光纖雷射器鎖模機制理論與數值分析基礎上，分別在1微米和2微米波段獲得高性能的鎖模拉曼光纖雷射器，並研究其無失鎖波長連續調諧。

結題摘要

超短脈衝光纖雷射器在科學研究、工業加工、生物醫療等領域有重要套用。常規離子摻雜鎖模光纖雷射器的工作波長局限於能級躍遷，項目研究基於拉曼增益的鎖模光纖雷射器，把鎖模雷射工作波長拓展至常規離子摻雜光纖雷射器不能覆蓋的區域。在此總體目標下，開展了鎖模拉曼光纖雷射器的理論分析與新型鎖模拉曼光纖雷射器技術的研究。通過數值模擬和理論分析，清晰地理解了鎖模拉曼光纖雷射器與常規稀土離子摻雜鎖模光纖雷射器的不同之處。拉曼增益是一種非線性增益，泵浦雷射的強度噪聲會直接傳遞給拉曼雷射，需要低噪聲的泵浦源才能獲得高穩定的鎖模拉曼光纖雷射輸出。為此提出了採用放大自發輻射作為泵浦源，以提高鎖模拉曼光纖雷射輸出的噪聲特性。在驗證實驗中，獲得了頻譜信噪比高達85dB的超低噪聲耗散孤子鎖模雷射輸出。該工作為鎖模拉曼光纖雷射器的發展提供了一個嶄新的思路，該想法也可被運用於常規鎖模雷射器中以提高噪聲特性。另一方面，拉曼增益相對較弱，因此需要較長的增益光纖，導致更大的非線性相移和光纖色散的影響，使得鎖模拉曼光纖雷射器輸出穩定脈衝的區間窄、更難以獲得。為此提出脈衝雷射同步泵浦是獲得高性能鎖模拉曼光纖雷射輸出的更優手段的想法。首次進行了主動鎖模拉曼光纖雷射器的研究，獲得了基頻與諧波鎖模，研究了高階拉曼過程對鎖模的影響，並觀察分析了鎖模建立的動態過程。實現了石墨烯鎖模拉曼光纖雷射器，觀察到了ns與ps級兩種脈衝形式，發現鎖模拉曼光纖雷射器中無調Q巨脈衝。通過該項目的執行，在1.1-1.2微米，2.0-2.2微米獲得了脈衝拉曼光纖雷射，深入理解與發展了波長靈活的鎖模拉曼光纖雷射器技術。