基于可饱和吸收体的光纤激光锁模技术研究

发布时间：2020-06-04 09:50

【摘要】：超短脉冲光纤激光器因具有可以产生ps/fs级脉冲宽度、峰值功率高、阈值低等特点,在超快光开关、医疗、高速光通信、精密加工等领域具有广泛应用,已成为激光技术领域的热门研究课题之一。目前,基于可饱和吸收体的被动锁模技术是实现ps/fs级脉冲输出的主要方法。本文围绕被动锁模超短脉冲光纤激光器开展研究,探索压缩光脉冲宽度的有效方法。通过对锁模光纤激光器动力学方程进行建模计算,理论分析了光脉冲在光纤中传输时色散对脉冲宽度的影响,以及各种非线性效应对锁模脉冲频域的影响。分析了可饱和吸收体的非线性光学吸收特性对锁模脉冲的影响,优化可饱和吸收体的调制深度,压缩光脉冲宽度。通过采用双可饱和吸收体的复合式结构来提高调制深度,设计了透/反复合双可饱和吸收体被动锁模光纤激光器和双反射式可饱和吸收体被动锁模光纤激光器,并进行仿真。实验采用石墨烯和SESAM作为可饱和吸收体,利用了石墨烯较高的损伤阈值、超快的电子弛豫时间等特点和SESAM高的调制深度、较低的锁模阈值,有助于锁模脉冲的建立;探究了石墨烯可饱和吸收体薄膜的制备条件,以石墨烯和SESAM作为可饱和吸收体建立环形腔结构石墨烯/SESAM复合式被动锁模光纤激光器,最终在全正色散条件下得到了中心波长为1064.41nm、脉宽为117.34ps、重复频率为19.5MHz、3dB光谱宽为1.2nm、脉冲能量为0.12nJ的超短脉冲输出。
【图文】：

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图 1.1 主动锁模光纤激光器原理图光纤激光器纤激光器只需在腔内加入非线性吸收材料，利用这种有关的特性，表现出光强较大时低吸收，光强较小时高定，从而产生超短光脉冲。目前已经出现了基于“真实料的锁模光纤激光器，其中“真实”可饱和吸收体主要s）、石墨烯、碳纳米管（SWCNTs）等；“人造”可饱和吸纤激光器和非线性偏振旋转（NPR）效应被动锁模光纤大环形镜的被动锁模技术环形镜（NALM）被动锁模光纤激光器，即‘8’字型结构原理:光脉冲在光纤中传播时，经过 3dB 耦合器后分成播方向相反。光在光纤中传播时受到非线性效应的作相位调制(SPM)和交叉相位调制(XPM)。将能提供增益边光纤长度不同，导致两光脉冲在光纤中传播时具有

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浚嘭档图す馄餍鐮剩嗤⑶椅薹ㄊ迪秩鄓庀嘶狎峁埂Ｍ?1.1 主动锁模光纤激光器原理图1.2.2 被动锁模光纤激光器被动锁模光纤激光器只需在腔内加入非线性吸收材料，利用这种材料对光脉冲的吸收与入射光强有关的特性，表现出光强较大时低吸收，光强较小时高吸收的特点，实现各纵模相位锁定，从而产生超短光脉冲。目前已经出现了基于“真实”和“人造”两类可饱和吸收材料的锁模光纤激光器，其中“真实”可饱和吸收体主要有半导体可饱和吸收镜（SESAMs）、石墨烯、碳纳米管（SWCNTs）等；“人造”可饱和吸收体，例如“8”字腔被动锁模光纤激光器和非线性偏振旋转（NPR）效应被动锁模光纤激光器。1.采用非线性放大环形镜的被动锁模技术非线性放大环形镜（NALM）被动锁模光纤激光器，即‘8’字型结构，，结构如图 1.2所示。其基本工作原理:光脉冲在光纤中传播时，经过 3dB 耦合器后分成两个振幅相等的光脉冲，但是传播方向相反。光在光纤中传播时受到非线性效应的作用而产生非线性相移，主要是自相位调制(SPM)和交叉相位调制(XPM)。将能提供增益的掺杂光纤靠近耦合器，使其两边光纤长度不同，导致两光脉冲在光纤中传播时具有不同的非线性相移量，而且相位差不是一个常数。将 NALM 调节到使脉冲中心较强部分相移差是π的偶数倍
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248

【参考文献】