非线性偏振旋转锁模激光器的实验研究

发布时间：2020-03-26 13:49

【摘要】：由超短激光脉冲技术开辟的超快光子学,它使人类进入一个崭新的时空世界:飞秒激光提供了一种时间分辨率高达10-15秒的光探针,使得人类能够了解原子、分子的结构和瞬态超快运动。众所周知,任何一个领域的发展都需要与之相对应的测量方法和技术的发展。在光通信领域,超高速光信号的测量与分析成为当前宽带通信网亟待解决的问题。作为目前研究和开发超高速光纤通信设备、系统和网络的测试设备的超宽带光采样示波器目前只能对皮秒以上的周期脉冲或者随机脉冲信号进行采样,其局限性主要就是因为这种示波器的采样源是亚皮秒脉冲激光器。为了测量更短的脉冲,采用降频相干光采样方法的分数域宽带光信号分析仪的研制具有很大意义,而本篇论文主要针对降频相关光采样方法中的采样脉冲激光器进行实验研究。而非线性偏振旋转锁模光纤激光器属于被动锁模光纤激光器的一种,具有被动锁模激光器结构紧凑,稳定性好,价格低廉等优势,不需要任何有源器件就可以实现模式锁定。本论文主要研究如何提高非线性偏振旋转锁模光纤激光器的光束质量以及缩小激光器的体积以方便更好的为新式宽带光信号分析仪提供采样光源。本论文的主要工作如下:1)搭建了基于非线性偏振旋转效应的传统孤子锁模光纤激光器,并对光脉冲在谐振腔内的整个运行以及锁模的过程做出了详细介绍。实验最终实现了稳定的锁模,得到了重复频率在29.7MHz的光脉冲信号,在重复频率的要求上首先满足了采样脉冲激光器的需求。并对系统进行了一系列长时间和短时间稳定性的测试。2)改进了传统锁模光纤激光器实验方案的一些缺陷,通过加入色散管理,搭建了正色散锁模光纤激光器实验平台和展宽脉冲锁模光纤激光器实验平台,并将激光器的主要器件集成在了一个200mm*120mm*40mm的蓝色盒子内,实现了激光器的小型化。通过对两种实验方案结果的分析,总结了正色散锁模光纤激光器和展宽脉冲锁模光纤激光器的优势与劣势。3)通过对三种实验方案结果的分析以及根据采样脉冲激光器的要求,最后选择对展宽脉冲锁模光纤激光器进行腔外的放大扩谱实验。在放大系统中,在有限的体积要求和有限的泵浦功率要求下,成功将信号光放大了 21倍,并于扩谱后得到了脉宽为20fs的平坦超短脉冲光,基本实现采样脉冲激光器的指标要求。
【图文】：

可饱和吸收体,锁模,结构示意图

皮秒级［３１］，并且调制器的引入会造成无法形成全光纤结构，而振动、超模竞争以及温度变化等外部环境的影响，要想提高稳复杂的技术，会造成系统结构复杂以及成本过高。逡逑锁模光纤激光器逡逑锁模激光器不需要在激光腔内加入任何主动器件，所以拥有结低的优点。被动锁模激光器主要是通过运用可饱和吸收体的特非线性效应的共同作用下，，对脉冲进行窄化，最终完成超短脉模光纤激光器的锁模机制主要有可饱和吸收体锁模，非线性ＬＭ），以及非线性偏振旋转锁模（ＸＰＲ）等方式［Ｍ］，但有一个共同机制，依靠光纤的自相位调制效应（ＳＰＭ），交叉相位调制效应散效应（ＧＶＤ）等非线性效应。逡逑吸收体锁模逡逑／邋Ｐｕｍｐ逡逑

非线性光纤环境,锁模,结构示意图,耦合器

图１－２非线性光纤环境锁模结构示意图。ＷＤＭ：９８0ｎｍ／１５５０ｎｍ波分复用耦合器；Ｇａｉｎｆｉｂｅｒ：逡逑增益光纤；５０：５０邋ｃｏｕｐｌｅｒ：邋５０比５０耦合器；Ｏｕｔ邋ｃｏｕｐｌｅｒ：输出光搞合器。逡逑非线性光纤环境锁模激光器的结构示意图如图１－２所示，也成为“８”字型逡逑锁模［３４］。非线性光纤环境锁模是一种利用光纤非线性形成等效可饱和吸收体的锁逡逑模机制。非线性光纤环境是由一个２＊２光纤耦合器组成，在耦合器两侧连接两个逡逑端口。图中所示耦合器左侧的环形腔为ＮＡＬＭ腔，增益光纤放置在距离耦合器较逡逑近的地方，泵浦光通过ＷＤＭ进入环形腔后［３５］，被分成两束方向相反的光波，这两逡逑束光的振幅相同，其中刚进入环形腔就有一束光被增益光纤放大，另一束光则在逡逑离开环形腔之前才会完成放大过程，因此，两束光在环形腔内积累的非线性相移逡逑不同，而且两束光的相位差会随着脉冲形状的不同而变化，通过调节ＰＣ，是脉冲逡逑中心较强的峰值部分相位差为ｎ，可透射通过耦合器，其余部分被反射。通过这逡逑样的机制形成等效可饱和吸收体
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248

【参考文献】