大脉冲能量单层CVD石墨烯被动调Q掺镱双包层光纤激光器-论文.pdf

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1、第53卷第5期厦门大学学报(自然科学版)Vo1．53NO．52014年9月JournalofXiamenUniversity(NaturalScience)Sep．2014石墨烯专题大脉冲能量单层CVD石墨烯被动调Q掺镱双包层光纤激光器吴健，吴端端，黄义忠，罗正钱，许惠英，蔡志平(厦门大学信息科学与技术学院，光电子技术研究所，福建厦门361005)摘要：基于单层化学气相沉积(CVD)石墨烯可饱和吸收体的大脉冲能量被动调Q双包层光纤激光器．采用三明治结构，将CVD法生长的单层石墨烯通过聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)从

2、铜箔上转移到光纤端面，制备成PMMA／石墨烯调Q器．采用全光纤线性腔结构，掺镱双包层光纤和PMMA／单层石墨烯分别作为增益介质和被动调Q器件，大功率975nm半导体激光器作为泵浦源，大比例(95)功率耦合输出，成功实现了中心波长为1063．6nm大脉冲能量的稳定调Q光纤激光器．调Q脉冲序列重复频率在9．7～26．46kHz连续可调，当泵浦功率为756．1mw时，最大输出功率为46mw，最小脉宽为4．5s，并且获得的最大单脉冲能量为1．7．实验结果表明，单层CVD石墨烯性能优异，将有望在双包层光纤激光器中实现更大平

3、均功率、单脉冲能量的激光输出．关键词：单层化学气相沉积石墨烯；双包层光纤激光器；被动调Q；大脉冲能量中图分类号：TN248．1文献标志码：A文章编号：0438—0479(2014)05—0661—05光纤激光器具有转换效率高、体积小、光束质量要和迫切．自2004年被发现以来，石墨烯便掀起了世好、结构紧凑、散热方便等优点，已广泛应用于光纤通界范围内的研究热潮]．由于其独特的二维蜂窝状晶信、材料加工、传感等领域ll]．尤其是高功率、大脉冲格和零带隙狄拉克锥结构，石墨烯具有独特的光学特能量、高稳定度的脉冲光纤激光器，在

4、工业加工、医性，作为可饱和吸收体时，具有可饱和阈值低、调制深疗、科学研究等领域有着广阔的应用前景_4]．目前，被度大、恢复时间快、超宽带可饱和吸收等优势．2009动调Q由于无需额外的电子Q开关器件，如声光调Q年，Bao等_9首次将石墨烯作为可饱和吸收体应用于器、电光调Q器，即可较廉价获得高质量的调Q脉冲掺铒光纤激光器中，实现了锁模激光输出．2010年，厦而备受青睐．被动调Q的关键在于插入到激光谐振腔门大学Luo等口首次利用石墨烯获得了双波长被动中的可饱和吸收体，20多年来，已发现多种可饱和吸调Q掺铒光纤激光器，其

5、重复频率为3．3～65．9kHz收体，包括过渡族金属掺杂晶体、半导体可饱和吸收可调，最小脉宽和最大单脉冲能量分别为3．7s和镜(SESAM)、碳纳米管(CNT)等。]．但过渡族金属16．7nJ．掺杂晶体由于其块状结构而不利于全光纤化；目前报道的石墨烯调Q光纤激光器大多数采用SESAM虽然恢复时间快，稳定性好，但其制备工艺复多层石墨烯或者聚合物石墨烯[1¨]，虽然多层石墨烯杂，成本高；CNT具有价格低廉，超快恢复时间等优可以一定程度上增大其调制深度，但同时增加了其非点，但其可饱和吸收波长取决于他的管径，且制备时饱和

6、损耗，从而降低了石墨烯的损伤阈值，使用单层管径可控性差，难以实现真正意义上的全波段可饱和化学气相沉法积(CVD)石墨烯具有非常低的非饱和吸收；因此寻找更为有益的可饱和吸收体显得非常必损耗，其损伤阈值超大，并更能反映石墨烯的光学特性．另一方面，以往的石墨烯调Q光纤激光器大都采用单包层掺铒或者掺镱光纤作为增益介质_1“]，这大大限制了调Q激光的大脉冲能量获得，因此本实验采用掺镱双包层光纤作为增益介质，借助其超大增益，收稿日期：2O14一O3—2O基金项目：国家自然科学基金(61275050)；高等学校博士学科点专将有

7、望实现高平均功率、大脉冲能量的全光纤石墨烯项科研基金(20120121110034)调Q光纤激光器．*通信作者：zpcai@xmu．edu．cn本文利用单层CVD石墨烯作为可饱和吸收体，厦门大学学报(自然科学版)2O14年采用三明治结构，将其插入掺镱环形腔中，实现了调1-2掺镱双包层激光器设计Q光纤激光器．得益于石墨烯优异的可饱和吸收特性单层CVD石墨烯被动调Q掺镱双包层激光器实和掺镱双包层超大增益和大比例激光输出，获得的调验装置图如图2所示．整个激光器采用环形腔结构，Q激光重复频率为9．7～26．46kHz可调

8、，最大输出总腔长约10m．975nm半导体激光器(ID，BwT功率为46mw，最窄脉宽和最大单脉冲能量分别为DS3—11312—112)作为泵浦源，其最大输出功率为9W，4．5pts和1．7MJ．经过975nm／1064nm合束器泵浦一段4m长掺镱双包层光纤(YDCF)以获得大脉冲能量调Q激光，F1实验方案P滤波器(MicronOpticsInc．SerialNO．101