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多波长及可调谐掺铥脉冲光纤激光器特性研究

摘要

工作在人眼安全波段的2μm波段超短脉冲光纤激光器在生物医学、光探测与测距、

非金属材料加工、遥感、中红外超连续光谱产生等多个领域都有着广泛的应用。2μm

光纤激光器的研究主要集中在宽谱调谐、多波长、超短脉冲和高功率输出等方面。尤其

是多波长激光以及高功率可调谐激光光源在荧光显微、生物医疗、复合加工等领域有着

广阔的应用前景和潜力价值。

当前，2μm波段的研究热点主要集中在多波长、高功率、展脉宽、宽谱调谐。但

目前的研究更多地只突出了一个或两个指标，性能指标极不均衡，所以本文致力于搭建

一个性能指标突出且均衡的光纤激光器。本文利用具有简单结构的拉锥微纳光纤作为滤

波器件，在掺铥光纤激光器中分别实现了2μm波段三波长的超短脉冲激光输出以及波

长可调的激光输出。此外，利用孤子自频移效应实现了宽带可调谐的超短脉冲激光种子

源，结合掺铥光纤放大器，实现了2μm波段十瓦量级的可调谐超短脉冲激光输出。具

体研究内容如下：

1、基于拉锥光纤梳状滤波效应实现了2μm波段三波长以及宽带可调谐超短脉冲激

光输出。首先，基于陶瓷微电偶加热，制备了在2μm波段具有梳状滤波效应的拉锥光

纤，然后采用液相剥离法，制备了不同浓度梯度的单壁碳纳米管可饱和吸收体，并对其

进行了材料特性以及可保和吸收特性进行了表征。利用上述拉锥光纤作为滤波器件，单

壁碳纳米管可饱和吸收体为锁模器件，在环形掺铥光纤激光器中实现了2μm波段的双

波长（1963nm、1973nm）以及三波长（1958nm、1962nm、1966nm）锁模脉冲激光

输出。此外，通过调整偏振控制器，该激光器还可以实现单波长（1982nm）锁模及1944.68

nm-1978.45nm波长可调谐的锁模脉冲激光输出。

2、搭建了宽带可调谐孤子自频移激光光源，结合掺铥光纤放大器，实现了2μm波

段十瓦量级的可调谐激光输出。首先自行搭建了重复频率为50MHz的1.57μm高功率

超短脉冲光纤激光器，然后该激光器泵浦10m长高非线性光纤，实现了1.56μm-2.1μm

宽带可调谐的拉曼孤子激光输出，通过运用前文所述的拉曼孤子激光器作为初始种子光

源，并配备二级铥掺杂光纤放大器，辅以啁啾脉冲放大技术的整合应用，已成功地达成

了实现高平均输出功率＞10W、波长调谐范围103nm（1950nm-2053nm）的高功率超

短脉冲激光输出的目标，输出激光中心波长为1980nm时输出功率为10.9W、脉冲宽度

为321.14fs。

I

哈尔滨工程大学硕士学位论文

关键词：掺铥光纤激光器；锁模；多波长；拉锥光纤；拉曼孤子；碳纳米管可饱和吸收

体

II

多波长及可调谐掺铥脉冲光纤激光器特性研究

Abstract

Ultrashortpulsefiberlasersinthe2μmbandoperatingintheeye-safebandhaveawide

rangeofapplicationsinmanyfieldssuchasbiomedicine,lightdetectionandranging,

non-metallicmaterialprocessing,remotesensing,andmid-infraredsupercontinuumspectrum

generation.Atpresent,theresearchof2μmfiberlasers