基于SESAM掺铥脉冲激光器的研究

发布时间：2017-03-27 03:13

  本文关键词：基于SESAM掺铥脉冲激光器的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,工作于2.0 μm波段的掺铥(Tm3+)脉冲激光器发展迅速,它广泛应用于激光医疗、激光雷达、中红外超连续谱等领域。采用锁模方式实现的脉冲激光器可以输出具有脉宽窄、稳定性好、脉冲能量高、重复率高等优点的脉冲。目前,常用的锁模方法主要有主动锁模方式和被动锁模方式两种。然而,主动锁模激光器的激光腔内引入了外部调制器,稳定性易受外部环境的影响,而且采用主动锁模方式实现的激光器也很难实现全光纤结构。被动锁模方式基于如石墨烯、碳纳米管、SESAM等可饱和吸收体实现,具有稳定性好、易于实现全光纤结构等特点。本论文研究基于SESAM掺Tm3+脉冲光纤激光器的特性,主要工作和创新点包括：1.介绍了掺Tm3+脉冲激光器的优点、应用和发展历程,对比了主动锁模和被动锁模技术。推导了掺Tm3+光纤速率方程和光脉冲在光纤中的传输方程,给出对该传输方程进行求解的数值方法。2.建立了基于SESAM掺Tm3+脉冲激光器的仿真模型,研究了SESAM锁模机制以及基于SESAM掺Tm3+脉冲激光器工作特性。3.利用上述仿真模型观察到了从未锁模到连续单脉冲锁模的过程,详细分析了泵浦功率、掺杂浓度、掺Tm3+光纤长度、单模光纤长度、调制深度和激光器输出耦合比对激光器输出脉冲特性的影响。通过分析可以知道适当增加泵浦功率,掺Tm3+离子浓度,掺Tm3+光纤长度和输出耦合比可以减小脉宽,增大输出功率,提高脉冲能量。适当增大调制深度和单模光纤长度可以减小脉宽。通过优化,最终得到脉宽为41 ps,平均输出功率为1.69 W,单脉冲能量为214 nJ,峰值功率为5219 W的锁模激光输出。
【关键词】：掺铥 光纤激光器 被动锁模 SESAM
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-18
• 1.1 掺铥(Tm~(3+))脉冲激光器的优点及用途10
• 1.2 掺Tm~(3+)锁模脉冲激光器的发展历程10-12
• 1.3 锁模掺Tm~(3+)脉冲激光器的种类12-17
• 1.3.1 主动锁模掺Tm~(3+)脉冲激光器12-13
• 1.3.2 被动锁模掺Tm~(3+)脉冲激光器13-17
• 1.4 本论文的主要内容17-18
• 2 基于SESAM掺Tm~(3+)脉冲激光器模型建立18-34
• 2.1 光纤激光器锁模技术的原理18-19
• 2.2 掺Tm~(3+)光纤速率方程的推导19-26
• 2.2.1 Tm~(3+)的能级结构和泵浦方式19-21
• 2.2.2 掺Tm~(3+)放大器的速率方程21-25
• 2.2.3 ASE场方程数值计算25-26
• 2.3 脉冲在光纤中的传输26-29
• 2.4 基于SESAM掺Tm~(3+)脉冲激光器仿真模型29-32
• 2.4.1 SESAM基本结构29
• 2.4.2 SESAM微观特性29-30
• 2.4.3 SESAM宏观特性30-31
• 2.4.4 SESAM非线性吸收作用31
• 2.4.5 激光器仿真模型的建立31-32
• 2.5 本章小节32-34
• 3 基于SESAM掺Tm~(3+)脉冲激光器的锁模输出特性34-42
• 3.1 基于SESAM掺Tm~(3+)脉冲激光器仿真模型结构34-35
• 3.2 SESAM锁模机理35-37
• 3.3 基于SESAM掺Tm~(3+)脉冲激光器仿真模型的典型输出结果37-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 基于SESAM掺Tm~(3+)脉冲激光器输出特性优化42-63
• 4.1 泵浦功率对激光器输出脉冲的影响42-46
• 4.2 放大器对激光器输出脉冲的影响46-54
• 4.2.1 掺杂离子浓度的影响46-50
• 4.2.2 掺Tm~(3+)光纤长度的影响50-54
• 4.3 SESAM参数对激光器输出脉冲的影响54-56
• 4.3.1 调制深度的影响54-56
• 4.4 普通单模光纤对激光器输出脉冲的影响56-59
• 4.4.1 普通单模光纤长度的影响56-59
• 4.5 激光器输出耦合比对激光器输出脉冲的影响59-61
• 4.6 参数优化61-62
• 4.7 本章小结62-63
• 5 结论63-64
• 参考文献64-68
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果68-70
• 学位论文数据集70

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