【摘 要】
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中红外激光光源可以覆盖大部分气体、液体和固体分子的吸收窗口,在大气遥感、环境监测、激光雷达等领域具有重要应用。其中,中红外光纤激光器具有高功率、高光束质量、高效率、系统紧凑等优点,已经成为中红外激光技术的研究热点。目前,随着光纤制作工艺的提升和泵浦光源技术的成熟,高功率、高能量中红外光纤激光器快速发展。但是,相比于可见光和近红外波段,低损耗、高效率中红外波段材料和光电元器件匮乏,从而限制了中红外激
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中红外激光光源可以覆盖大部分气体、液体和固体分子的吸收窗口,在大气遥感、环境监测、激光雷达等领域具有重要应用。其中,中红外光纤激光器具有高功率、高光束质量、高效率、系统紧凑等优点,已经成为中红外激光技术的研究热点。目前,随着光纤制作工艺的提升和泵浦光源技术的成熟,高功率、高能量中红外光纤激光器快速发展。但是,相比于可见光和近红外波段,低损耗、高效率中红外波段材料和光电元器件匮乏,从而限制了中红外激光器性能指标的提升。目前,研究人员通过主动和被动方法实验获得了脉冲型中红外光纤激光器输出。基于石墨烯和类石墨烯等低维材料的宽波段吸收特性,实验获得了脉冲中红外光纤激光输出。基于声光开关等主动调制方法,实验演示了其调制能力。但是,伴随高功率、高能量、稳定中红外激光的应用需求,目前已经报导的中红外光纤激光光源性能指标还亟待提升。本文主要围绕3μm波段光纤激光器应用需求,重点研究了基于新型可饱和吸收体被动调Q和基于声光开关的主动调Q掺铒氟化物光纤激光器及其输出特性,具体内容如下:(1)基于三元硫族化合物Ta2Ni S5可饱和吸收体,实验获得了稳定工作的中红外波段脉冲光纤激光输出。通过液相分离法(LPE)成功制备了层状Ta2Ni S5可饱和吸收体,并通过Z-sacn平台测量了Ta2Ni S5的非线性光学响应特性,实验得到的调制深度、饱和强度分别为35.6%和32.2 GW/cm~2。将层状Ta2Ni S5可饱和吸收体运用到中红外激光腔中,得到了重频范围在18.2 k Hz~102 k Hz的稳定脉冲输出,其在最高泵浦功率860 m W情况下得到的平均输出功率和脉冲宽度分别为168m W和1.20μs。调Q脉冲序列信噪比高达42.6 d B,这是目前二维材料在中红外波段的最高数值。研究结果表明Ta2Ni S5具有优异的非线性光学特性,也为中红外波段可饱和吸收体的探索提供了指导。(2)基于声光调制器,实验获得了高能量的主动调Q中红外光纤激光输出。基于声光调制器,通过优化中红外光纤激光腔,成功实现了重频稳定并且宽范围可调的脉冲激光输出。在最大泵浦功率4.1 W下,实现了重频范围从40 k Hz到90k Hz可调的稳定脉冲序列,其对应的激光中心波长为2.792μm,得到的峰值功率为103.7 W,脉冲宽度为148 ns。此外,分析了泵浦功率、驱动信号占空比、重复频率对输出脉冲特性的影响,并讨论了次生脉冲产生的原因,提出了解决此类现象的办法。
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