在分析“66 fs碳纳米管锁模光纤激光器”的知识点之前,需要理解几个基本概念。锁模光纤激光器是指一种能产生超短脉冲的激光器,通常用于需要高时间分辨率的领域,如生物医学成像、材料微加工等。66 fs(飞秒)表示脉冲的持续时间极短,仅为66飞秒,大约是1秒的一百亿分之一。碳纳米管是一种由碳原子以六边形排列形成的纳米级管状结构,它们具有优异的物理化学性质,包括高导热性和高强度等。在本课题组的研究中,碳纳米管被用作被动锁模材料,通过其线性可饱和吸收特性,帮助实现激光器的稳定锁模运转。
在具体应用方面,被动锁模技术相比于主动锁模技术,不需要外加信号就能控制激光脉冲的产生,使得设备更简单、成本更低。激光器的谐振腔是激光产生和振荡的重要部分,一般由高掺杂掺铒光纤、耦合器、隔离器、偏振控制器以及单臂碳纳米管可饱和吸收微光纤组成。掺铒光纤提供增益介质,而碳纳米管微光纤则作为锁模元件,二者共同决定了激光器的性能。
实验中,研究人员通过腐蚀单模光纤的包层以减小其直径,从而增强碳纳米管与光纤中的倏逝场(evanescent field)的相互作用。这种相互作用对于实现激光器的锁模至关重要。氟化氢溶液被用来腐蚀光纤,以获得所需的微结构,使得激光器能够在较低的抽运功率下(本例中为192mw)工作。
此外,锁模脉冲激光器的性能指标还包括脉冲宽度、重复频率、中心波长和带宽。在本研究中,激光器输出的锁模脉冲宽度为66 fs,远比传统半导体可饱和吸收镜(SESAM)要短。3dB带宽达到53nm,中心波长位于1550nm,这些都是相当优异的参数。另外,通过自相关仪和频谱分析仪的测量,证实了激光器的稳定性和高质量输出。信噪比高达58dB,最大输出功率达到26mW。
通过本研究,成功展示了碳纳米管在锁模光纤激光器中的应用,尤其是它们在产生超短脉冲方面的潜力。此外,这种激光器的低成本优势,使其在生物医学成像、材料微加工等应用领域具有广泛的应用前景。
研究中引用的一些关键文献包括钱世雄和王恭明的《非线性光学原理与进展》、V.G.Dmitriev, G.G.Gurzadyan和D.N.Nikogosyan的《非线性光学晶体手册》、楼祺洪的《高功率光纤激光器及其应用》,以及GD Van Wiggeren和R Roy的研究文章。这些文献为本研究提供了理论基础和重要的参考资料。