超长腔锁模掺镱光纤激光器研究

发布时间：2021-04-20 17:22

通过延长锁模光纤激光器腔内的光纤长度可以获得超长的谐振腔,腔长的增加可以有效地降低脉冲激光的重复频率和提升单脉冲能量,这种脉冲激光可以减少作用物体的热寄生现象,被广泛应用于眼外科手术、生物医学诊断、微机械加工等领域。目前,对基于非线性光纤环形镜、非线性偏振旋转效应、半导体可饱和吸收镜以及单壁碳纳米管可饱和吸收体锁模机制的超长腔锁模光纤激光器的研究已经有所进展。基于非线性偏振旋转效应的超长腔锁模光纤激光器是研究的热点,但这种锁模机制对偏振要求敏感,同时高功率下容易失去饱和吸收特性。单壁碳纳米管可饱和吸收体是近些年新兴的锁模器件,有透射型、倏逝场型两种锁模技术。其中透射型锁模技术已经在超长腔锁模光纤激光器中得到应用,但其损伤阈值低,无法获得高能量的脉冲;与之相比,倏逝场型锁模技术具有明显的优势,由于碳纳米管不插入主光路,不仅避免了腔内高能量激光的损伤,而且也增加了散热面积,是一种提高损伤阈值、保持全光纤结构,可获得稳定高能量脉冲的优化方案。本文利用单壁碳纳米管和非线性偏振旋转结构实现了超长腔锁模掺镱光纤激光器,获得了低重复频率、较高脉冲能量的纳秒级脉冲激光输出,可作为种子源应用于泵浦探测、生物医学诊断和全光纤放大系统等领域。主要研究内容如下:(1)介绍了超长腔锁模光纤激光器的分类,概述并简析了其研究现状。(2)建立了基于非线性薛定谔方程的光脉冲传输理论模型,模拟了群速度正色散、三阶色散以及自相位调制效应对光脉冲演化的作用;利用Haus主方程模拟了腔内各个参数对光脉冲的啁啾、宽度、相移量以及稳定性的影响。(3)利用飞秒刻写技术制备了D型光纤,配制了单壁碳纳米管均匀分散液,将单壁碳纳米管涂覆到D型光纤区域,制备了倏逝场型可饱和吸收体,测试了其可饱和吸收特性,进一步分析了碳纳米管与倏逝场相互作用机制。(4)搭建了超长腔碳纳米管锁模掺镱光纤激光器,研究了不同输出耦合器、不同腔长的锁模光纤激光器的脉冲特性,分析了噪声型孤子、噪声型二阶谐波孤子、孤子雨、孤子雨多阶谐波、矩形孤子时域特征。通过设计滤波检测实验装置,进一步分析了多波长光谱产生的原因。(5)组建了超长腔非线性偏振旋转锁模掺镱光纤激光器,研究了单脉冲、脉冲簇锁模的脉冲特性。最后,对比两种不同锁模机制的饱和吸收特性,分析了两种机制作用下超长腔锁模光纤激光器的不同脉冲行为。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248

文章目录

摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 超长腔锁模光纤激光器的分类

1.3 超长腔锁模光纤激光器的研究现状

1.3.1 超长腔非线性光纤环形镜锁模光纤激光器

1.3.2 超长腔非线性偏振旋转锁模光纤激光器

1.3.3 超长腔半导体可饱和吸收镜锁模光纤激光器

1.3.4 超长腔碳纳米管锁模光纤激光器

1.4 超长腔锁模光纤激光器研究现状的简析

1.5 本文主要研究内容

第2章超长腔锁模光纤激光器理论研究

2.1 基于非线性薛定谔方程传输模型的建立

2.1.1 群速度色散对光脉冲展宽的影响

2.1.2 三阶色散对光脉冲偏移的影响

2.1.3 自相位调制对光脉冲频谱的影响

2.2 基于HAUS主方程锁模光纤激光器的理论分析

2.3 本章小结

第3章超长腔碳纳米管光纤激光器实验研究

3.1 基于D型光纤结构单壁碳纳米管可饱和吸收体的研究

3.1.1 基于飞秒刻写技术制备D型光纤

3.1.2 单壁碳纳米管分散液的配制

3.1.3 单壁碳纳米管可饱和吸收体的制备及测试分析

3.2 不同输出耦合器的超长腔锁模掺镱光纤激光器研究

3.2.1 超长腔锁模掺镱光纤激光器实验平台的搭建

3.2.2 不同输出耦合器的锁模掺镱光纤激光器的测试与分析

3.3 不同腔长的超长腔锁模掺镱光纤激光器研究

3.3.1 超长腔锁模掺镱光纤激光器实验平台的搭建

3.3.2 不同腔长的锁模掺镱光纤激光器的测试与分析

3.4 本章小结

第4章超长腔非线性偏振旋转光纤激光器实验研究

4.1 超长腔锁模掺镱光纤激光器实验平台的搭建

4.2 超长腔锁模掺镱光纤激光器的脉冲输出特性的研究

4.2.1 单脉冲锁模输出特性的测试与分析

4.2.2 脉冲簇锁模输出特性的测试与分析

4.3 基于两种锁模机制的超长腔锁模掺镱光纤激光器的分析

4.3.1 两种锁模机制的可饱和吸收特性分析

4.3.2 两种锁模机制的脉冲输出特性的分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

【参考文献】