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基于单壁碳纳米管的被动锁模光纤激光器的研究

作　者: 朱攀
导　师: 桑梅
学　校: 天津大学
专　业: 光电子技术
关键词: 光纤激光器 被动锁模 单壁碳纳米管 Z-扫描 三阶非线性光学系数
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


基于单壁碳纳米管可饱和吸收体（SWCNTs-SA）的被动锁模激光器具有结构简单、输出脉冲极窄、自启动性能好、光束质量高等优点，在光通信、光纤传感、生物技术、物理技术、微加工等方面具有潜在的应用前景。本文基于SWCNTs的非线性光学特性及其在被动锁模光纤激光器实验，作了以下几个方面的论述与研究：1.单壁碳纳米管的结构及其特性介绍。描述了SWCNTs的管径大小、浓度，以及功能材料等因素对SWCNTs-SA薄膜光学特性的影响，说明薄膜在其线性吸收峰附近容易实现锁模运转；介绍了SWCNTs的三阶非线性光学系数与可饱和吸收效应之间的关系，以及可饱和吸收体对光脉冲的窄化作用。2. Z-扫描系统的理论分析及其模拟。介绍了测量光学薄膜非线性系数的Z-扫描技术的理论模型，并通过数学分析和模拟，提出提高Z-扫描系统测量准确度的方法——减小光源光束脉宽和束腰半径、增大光源的输出能量、减小光阑的线性透过率，以及合理选取透镜焦点距光阑的距离。3.基于SWCNTs-SA的Z-扫描实验研究。在玻璃硅片上自制均匀性较好的SWCNTs-SA薄膜，并依据提高测量准确度的方法搭建Z-扫描系统，对测得的闭孔和开孔Z-扫描曲线分别进行数据拟合，得到自制SWCNTs-SA薄膜的三阶非线性吸收系数和折射系数分别为β=-7.8×10-7cm/W，γ=-6.4×10-11cm2/W，三阶非线性极化率χ3=2.06×10-9esu，说明用自制的SWCNTs分散液制备的SWCNTs-SA薄膜具有很好的可饱和吸收效应。4.锁模理论及其光脉冲传输方程的建立与模拟。分析了激光光束实现锁模的条件和基本过程；根据非线性薛定谔方程建立简单的光束传输方程，并模拟了光束在激光腔中形成锁模的演化过程。5.基于SWCNTs-SA的被动锁模实验研究。利用光学沉积法在单模光纤端面镀上SWCNTs-SA薄膜，当镀膜后光纤的损耗为3.2dB时，激光器在1562.4nm处实现稳定的单波长锁模运转，频率为8.367MHz；当镀膜光纤损耗为7.1dB时，激光器在1545.36nm处实现稳定的单波长锁模运转，频率为8.369MHz；当镀膜后光纤的损耗为4.9dB时，激光器在锁模状态下，通过调整偏振控制器可实现锁模中心波长在1562nm和1546nm附近之间相互切换，频率为8.365MHz，并在波长切换的过程中出现不稳定的谐波锁模状态。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-20
  1.1 引言  8-9
  1.2 被动锁模激光器的实现途径  9-13
    1.2.1 可饱和吸收体  9-10
    1.2.2 非线性光纤环形镜  10-12
    1.2.3 非线性偏振旋转  12-13
  1.3 基于 SWCNTs 被动锁模激光器的研究现状  13-18
    1.3.1 SWCNTs 用于固体激光器  13-14
    1.3.2 SWCNTs 用于光纤激光器  14-16
    1.3.3 SWCNTs 用于波导激光器  16-17
    1.3.4 SWCNTs 用于倏逝场锁模激光器  17-18
  1.4 本课题研究意义、目的及论文主要内容  18-20
第二章 SWCNTs 的结构和性能及其 SWCNTs-SA 的制备与光学特性  20-34
  2.1 碳纳米管的空间结构  20-21
  2.2 SWCNTs 的能级结构  21-22
  2.3 SWCNTs 的物理特性及其应用  22-24
    2.3.1 电学特性  22-23
    2.3.2 力学特性  23
    2.3.3 热学性能  23-24
  2.4 SWCNTs 的光学特性  24-28
    2.4.1 SWCNTs 的线性吸收特性  24-26
    2.4.2 SWCNTs 的非线性吸收特性  26-28
  2.5 SWCNTs-SA 的可饱和吸收特性和工作原理  28-33
    2.5.1 SWCNTs-SA 制备  28-29
    2.5.2 SWCNTs-SA 的工作原理  29-30
    2.5.3 SWCNTs-SA 可饱和吸收的相关参数  30-32
    2.5.4 锁模激光器中使用 SWCNTs-SA 的优点  32-33
  2.6 本章小结  33-34
第三章 SWCNTs-SA 薄膜的非线性光学特性理论与实验研究  34-48
  3.1 Z-扫描系统模型及其工作原理  34-35
  3.2 理论分析与模拟  35-41
    3.2.1 闭孔 Z-扫描理论分析及其模拟  36-40
    3.2.2 开孔 Z-扫描理论分析及其模拟  40-41
    3.2.3 Z-扫描测量系统中参数的选取  41
  3.3 基于 SWCNTs-SA 的 Z-扫描实验研究  41-47
    3.3.1 SWCNTs/PMMA 分散液的制备  42
    3.3.2 SWCNTs-SA 薄膜样品制备表面特性测量  42-44
    3.3.3 Z-扫描实验  44-47
    3.3.4 结论分析  47
  3.4 本章小结  47-48
第四章 基于 SWCNTs-SA 的掺铒光纤激光器的被动锁模理论与实验研究  48-64
  4.1 被动锁模光纤激光器的原理及其理论分析模拟  48-54
    4.1.1 被动锁模光纤激光器的环形腔结构  48-49
    4.1.2 锁模原理  49-51
    4.1.3 光纤激光器被动锁模方程的建立  51-54
  4.2 单模光纤端面镀膜  54-56
  4.3 基于 SWCNTs-SA 的被动锁模实验  56-63
    4.3.1 基于 SWCNTs-SA 的单波长锁模  57-60
    4.3.2 基于 SWCNTs-SA 的双波长锁模  60-63
  4.4 本章小结  63-64
第五章 工作总结与展望  64-67
参考文献  67-78
发表论文和参加科研情况说明  78-79
致谢  79

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器
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