第一章 緒論
1.1 研究目的
超快雷射(ultrafast lasers)因具有超短脈衝時間可提供極高之時間與空間解析 能力，同時具有寬頻寬及高功率輸出的特性，可應用於超快光譜分析(ultrafast spectroscopy)、光學同調斷層掃瞄(optical coherence tomography, OCT)、光纖通訊 (WDM or TDM)和金屬材料奈米加工技術等。而要產生超短脈衝雷射需同時符合諸 (He-Ne laser)的研究上。1964 年 Hargrove et al. [5]利用內部損耗調制器達成鎖模，
此為主動鎖模(active mode locking)，至此明確提出鎖模的機制。1965 年以染料做 為飽和吸收體(saturable dye)的紅寶石鎖模雷射被開發出來[6]。而在 1975 年 Haus 提出可利用快速飽和吸收體(fast saturable absorber)達成被動鎖模之概念[7]。1990 年開始提出添加式脈衝鎖模(additive pulse mode locking, APM)[8]及克爾透鏡鎖模 (Kerr-lens mode locking, KLM)[9], [10]相關技術。發展到 2000 年左右，已經可以在 不同的雷射系統中實現鎖模的效果，並且可以將脈衝寬度壓縮飛秒(femtosecond)
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件，並且使調制的頻率等於共振腔所決定的相鄰縱模頻率間隔來達到鎖模現象，
但是需要精準地調控並且會受限於調制元件的頻寬而無法達到短脈衝的輸出；而 在被動鎖模部分是利用飽和吸收體的非線性吸收特性來達到模態鎖定的效果，若 飽和吸收體的回復時間很快，即便脈衝很短的情況下損耗也可以即時反應，達到 超短脈衝輸出的效果。
在我們的實驗架構中採用了摻鉺光纖(erbium-doped fiber)作為雷射的增益介 質，主要原因為其增益波段在 1550 nm 與光通訊的傳遞波段相符。在飽和吸收體 材料的選擇上，我們採用了石墨烯。石墨烯被證實具有許多優秀的特性，例如具 有非線性的吸收以及可進行寬頻帶的操作等，使得石墨烯能夠作為極具潛力的飽 和吸收體。以往對於飽和吸收體多採用半導體飽和吸收鏡(semiconductor saturable absorber mirror, SESAM)，但因為需要利用半導體製程控制，相較之下，碳系材料 的單壁奈米碳管(single-wall carbon nanotube, SWCNTs )及石墨烯的製程較為簡單，
並且石墨烯又較奈米碳管具有更低的飽和吸收強度及全波段的吸收。在以往的架 構當中，光波會直接通過飽和吸收體進行非線性吸收作用，在功率增加時，容易 造成飽和吸收體的損壞。相較之下，我們的實驗中採用表面波與飽和吸收體進行 作用，不僅不容易造成飽和吸收體損壞，並且也不需要更動共振腔即可將飽和吸 收體置入。在本研究中，我們利用不同架構實作被動鎖模光纖雷射，包括穿透式 結構及消散波式，論文中探討兩者的鎖模特性比較。
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1.2 論文架構
本論文探討使用消散波式結構下，研磨長度與研磨損耗對於被動鎖模光纖雷
射的影響。論文主要分成三個部分：
1. 第一部分為脈衝雷射，介紹脈衝雷射原理及各種形式的脈衝雷射，並且探討被 動鎖模的影響因素以及飽和吸收體的光學特性，將於第二章闡述。
2. 第二部分為石磨烯飽和吸收體於側磨光纖，探討不同的行進波與飽和吸收體之 交互作用方式，並且說明被動鎖模當中的控制元件，其中分別解釋飽和吸收體 與側磨光纖的特性與製備方式，將於第三章闡述。
3. 第三部分為實驗架構與量測結果，展示共振腔內與腔外的量測結果，腔外以線 性、非線性及極化損耗量測三項實驗進行，腔內則有閥值電流的量測與探討不 同的參數對於被動鎖模雷射輸出的影響，將於第四章闡述。
最後，則為本研究之結論與未來方向。
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