基于可饱和吸收体1.5μm耗散孤子锁模光纤激光器技术研究

发布时间：2020-03-20 22:35

【摘要】：光纤激光器由于其光束质量好、散热优良、无需准直、结构紧凑和光-光转换效率高等优点,因此被广泛应用到机械精密加工、国防武器、光纤传感、医疗和激光雷达等方面。大能量超短脉冲在实际应用中更具价值,目前实现超短脉冲激光主要的方法是被动锁模。在锁模光纤激光器中,耗散孤子相比其他孤子锁模,能够克服传统孤子脉冲的能量限制,具有高的输出能量,引起研究者的兴趣与关注。本文主要围绕着减小耗散孤子非线性相移累积,利用碲化铋可饱和吸收体实现耗散孤子锁模脉冲展开研究,主要研究内容包括:1.研究了激光器锁模建立过程,详细分析了色散和非线性效应对光脉冲时域和频域上的影响。介绍四种基于不同物理机制产生的传统孤子、色散管理孤子、自相似孤子和耗散孤子的特点,经过理论分析确定了耗散孤子的优化方案。2.针对环形腔内光纤非线性和色散效应对耗散孤子的影响进行分析,探索减小耗散孤子非线性相移,提高脉冲能量与峰值功率的新方法。首先,建立锁模光纤激光器模型,利用软件Rp fiber power,对耗散孤子掺铒光纤激光器系统进行模拟。其次,利用B积分分析腔内总的非线性相移,利用一种新方法:在不加入其他器件的基础上对腔内无源光纤进行分布优化,减小腔内总的非线性相移,增大脉冲输出能量。最后,在腔外加入大模场负色散光纤,平衡输出脉冲的线性啁啾,压窄脉冲宽度,增大光纤激光器输出的峰值功率;3.针对可饱和吸收体光学特性对锁模的影响进行分析,最终选择碲化铋作为耗散孤子锁模的可饱和吸收体。利用水热合成的方法合成高质量碲化铋纳米薄片,并且制作了“三明治”结构可饱和吸收体薄膜,并研究了碲化铋的线性吸收和非线性可饱和吸收特性。搭建基于碲化铋可饱和吸收体光纤激光器,实现了传统孤子锁模和耗散孤子锁模等丰富的实验现象。在406 mW泵浦功率,实现了重复频率15 MHz,脉冲宽度180 ps,光谱宽度4.6 nm耗散孤子锁模脉冲输出。在泵浦功率593 mW下,输出平均功率12.7 mW。
【图文】：

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利用腔内无源器件的非线性吸收特性实现超短脉冲输出，因而被结构简单、成本低、易于实现全光纤结构。被动锁模光纤激光器有基于可饱和吸收体(saturable absorber, SA)超短脉冲光纤激光器引起兴趣。脉冲在很多方面均有应用：工业应用方面，超短脉冲可以用于精密机械加工，由于脉冲的宽度区域周围材料产生热影响，飞秒激光加工也被称为“冷加工”，可以精细机械加工。目前光纤激光器、固体激光器、半导体激光器(simCO2激光器均被应用于工业加工，但光纤激光器凭借其优良的性能占有率已经超过半壁江山。有权威统计数据表明，2010 年时，光纤球工业激光器销售额的十分之一，但是光纤激光器经过了五年的器就已占到全球市场份额的一半，激光市场份额的变化显示光纤激下图 1.1 显示不同脉宽激光打孔，材料表面形貌对比图，左图使用.3ns，右图使用的激光脉冲宽度 200fs。通过比较，可以明显看到飞面非常干净和光滑，，显示超短脉冲激光在精密机械加工具有绝无仅

洛克,马丁,激光系统,无人机

入射到很小的作用区域，从根本上改变了激光与物生了多个学科，成为非线性光学、强场光学和凝聚工具。方面，光纤的表面积与体积比值高，因而具有良好抗外部环境干扰能力强。与传统激光器相比，光纤灰尘、湿度、系统内部机械震荡和冲击等因素的影外界电磁波不发生串扰，可以在相对恶劣的环境中军事领域。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248

【参考文献】