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石墨烯被动锁模掺铒光纤孤子激光器研究

作　者: 汪光辉
导　师: 文双春
学　校: 湖南大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 光纤激光器石墨烯被动锁模可调谐
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

作为一种新型的碳材料，石墨烯的出现颠覆了“完美二维晶体结构无法在非绝对零度下稳定存在”这一传统理论，使碳的晶体结构形成了包括富勒烯(C60)、碳纳米管、石墨烯、石墨和金刚石在内的从一维到三维的完整体系。石墨烯除了具有出色的导电性能、较高的热导率以及丰富的电磁特性外，还具备良好的非线性光学特性，这些优越的性质及其特殊的二维结构使得其在材料、信息、微电子等领域具有良好的应用前景。基于石墨烯的优良光学特性，本文利用光沉积方法制备了石墨烯可饱和吸收体，实验研究了石墨烯被动锁模可调谐掺铒光纤孤子激光器的输出特性，并基于Ginzburg-Landau方程对其传输特性进行了数值模拟研究。主要工作如下：1.利用光沉积法制备了石墨烯可饱和吸收体。将石墨烯与二甲基甲酰胺(DMF)溶液混合，超声振荡并离心，然后将光纤头浸入到离心完成后的石墨烯分散液中，通过光沉积方法制备了石墨烯可饱和吸收体。2.基于制备的石墨烯可饱和吸收体，搭建了环形腔被动锁模掺铒光纤激光器，实现了稳定的孤子脉冲输出。当泵浦功率为108mW时，激光器进入自启动状态；当泵浦功率为370.4mW时，获得了重复率为3.16MHz、脉宽约1.32ps、平均输出功率为1.07mW、单脉冲能量为0.338nJ的锁模脉冲。通过调节偏振控制器，观察到激光器输出的孤子脉冲中心波长可在1556.72nm到1558.76nm之间连续调谐。利用Ginzburg-Landau方程，数值模拟并揭示了孤子脉冲的产生及调谐规律。3.在石墨烯被动锁模掺铒光纤激光器中观测到了孤子脉冲的亚边带。当泵浦功率为205.4mW时，通过调节偏振控制器，观测到了孤子频谱边带两侧亚边带的产生。基于Ginzburg-Landau方程，数值模拟了偏振控制器参数对孤子亚边带产生的影响，发现孤子频谱中亚边带的产生是由色散波的调制不稳定性引起的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
插图索引  9-11
第1章绪论  11-25
  1.1 被动锁模  12-16
    1.1.1 锁模原理  12-13
    1.1.2 光纤激光器实现被动锁模的方法  13-16
  1.2 基于石墨烯的被动锁模光纤激光器  16-24
    1.2.1 石墨烯简介  16-20
    1.2.2 石墨烯锁模机理  20-21
    1.2.3 石墨烯被动锁模光纤激光器的研究进展  21-24
  1.3 论文结构安排  24-25
第2章石墨烯锁模光纤孤子激光器的理论模型  25-34
  2.1 孤子脉冲的形成条件  25-27
    2.1.1 自相位调制  25-26
    2.1.2 群速度色散  26-27
  2.2 孤子脉冲形成和传输的理论模型  27-30
  2.3 数值模拟算法  30-33
  2.4 小结  33-34
第3章一种基于石墨烯的被动锁模掺铒光纤激光器  34-43
  3.1 实验装置  34-35
  3.2 实验结果及分析  35-39
    3.2.1 孤子脉冲稳定输出的实验现象  36-38
    3.2.2 孤子中心波长可调谐的实验现象  38-39
  3.3 数值模拟  39-42
    3.3.1 孤子脉冲稳定输出的模拟结果  40-41
    3.3.2 孤子中心波长可调谐的模拟结果  41-42
  3.4 小结  42-43
第4章石墨烯被动锁模掺铒光纤激光器中孤子亚边带的产生  43-49
  4.1 亚边带产生实验及结果分析  43-46
  4.2 数值模拟  46-47
  4.3 小结  47-49
结论与展望  49-51
参考文献  51-57
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文  57-58
附录 B 攻读学位期间参加的科研项目  58-59
致谢  59-60

石墨烯被动锁模掺铒光纤孤子激光器研究

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