为了满足分布式光纤拉曼温度传感(RDTS)器对前级光源的需求,采用主振荡功率放大(MOPA)技术,研制了一台中心波长为1550 nm的全光纤脉冲激光器。激光器的光纤放大器分为两级结构,采用前向抽运方式。光纤脉冲激光器的输出峰值功率在0~10 W范围内可调,线宽为0.32 nm,信噪比大于25 dB,且输出光脉冲的脉宽、频率均可调节。使用自制的光纤激光器进行2 km基于拉曼散射的光纤分布式测温实验,解调的温度信号具有不大于±1 ℃的测量精度,并且测温周期最短可达1.31 s,满足实际运用需求。

脉冲光纤激光器在加工、光通信、生物医学、非线性研究等领域有很大的应用前景, 所以得到了广泛的关注。为了得到脉冲激光输出需要使用饱和吸收体, 其中二维材料具有独特的光电特性, 在光学和光电器件中已经有很多的应用, 尤其是二维材料具备良好的饱和吸收, 制备工艺简单, 易与光纤系统集成, 工作波长宽等特点, 被广泛地应用于脉冲光纤激光器。文中回顾了二维材料和光纤的集成方式以及相应的脉冲光纤激光器的输出特性, 并且对这类脉冲光纤激光器进行了外场调控的研究。

利用新型材料石墨烯作为可饱和吸收体, 设计了用于光纤通信和材料加工的环形腔结构脉冲光纤激光器, 实验研究了石墨烯可饱和吸收产生脉冲输出的原理以及输出脉冲激光的特性。通过激光诱导沉积法将石墨烯材料转移到光纤端面并将其置于环形激光腔结构中; 采用974 nm半导体激光器作为抽运源, 掺铒光纤作为增益介质, 调节偏振控制器的角度得到了稳定的锁模输出脉冲。获得的锁模脉冲中心波长为1 560.1 nm, 重复频率为7.89 MHz, 脉冲光谱3 dB带宽为0.27 nm, 脉冲宽度为14.7 ps。实验显示, 由于石墨烯具有良好的可饱和吸收性能, 损伤阈值比较高, 有望取代单壁碳纳米管成为一种新型的激光锁模材料。

石墨烯材料由于其优异的电学和光学性质，在被动锁模激光器中作为可饱和吸收体，得到了广泛应用。利用化学气相沉积法高温分解甲烷在铜箔上制得单层石墨烯薄膜，并测量了石墨烯的拉曼光谱。将石墨烯薄膜转移到光纤跳线的氧化锆插芯端面上做成可饱和吸收材料。实验研究了环形腔掺铒光纤脉冲激光器的输出特性，激光器由透射率为92%的光纤布拉格光栅作为输出腔镜，获得了峰值波长为1556.7 nm，3 dB带宽为0.068 nm，重复频率为6.042 MHz，脉冲宽度为58.8 ps的脉冲序列，激光阈值为65 mW。

利用高分子聚合物聚乙烯醇（PVA）易成膜且机械性能优良的特点，将微米尺寸的石墨烯薄片制成大尺寸的石墨烯-PVA薄膜。分别测量了石墨烯-PVA薄膜与石墨烯片的拉曼光谱，发现二者具有同样的特征。研制了用该石墨烯-PVA薄膜作为饱和吸收体，具有环形腔结构的被动锁模掺铒光纤激光器，获得了峰值波长1532.75 nm，重复频率8.7 MHz，脉冲宽度10.29 ps的脉冲序列。