掺镱超快光纤激光器研究

发布时间：2020-06-10 00:50

【摘要】：超短脉冲光纤激光器作为超快激光器的重要组成部分,以其特有的优势,越来越受到广大研究者的关注,已广泛应用于工业精细加工,精密光谱学,医学成像,国防军工等领域。以锁模光纤激光器加啁啾脉冲放大(Chirped Pulse Amplification,CPA)技术,结合大模场增益光纤,是目前实现高功率超快光纤激光输出的主要手段。本论文重点开展了掺镱超快光纤激光放大以及频率变换的研究。主要的研究内容和取得的创新性成果如下:1.基于非线性偏振演化锁模原理,搭建了全正色散掺镱光纤激光器,实现稳定的自启动锁模。得到重复频率49.5 MHz,平均功率75.4 mW,光谱范围1063±7.7 nm,脉冲宽度4.6 ps的输出。经腔外压缩后脉冲宽度为80 fs,接近傅里叶变换极限。2.搭建了色散管理掺镱光纤激光器,实现重复频率75 MHz,平均功率50 mW,光谱范围1040±14 nm,脉冲宽度1.3 ps的超短脉冲输出。频谱信噪比高于70 dB,且在较宽射频范围(-10 460 MHz)内均有较好的频谱质量。以该激光器为基础,通过重新设计机械元件和器件分布,搭建了工程化样机,将整机尺寸缩小到20×20×10 cm~3。在不同湿度,温度和振动环境下,均能实现长时间稳定运行,证明了样机的可靠性。3.开展了基于啁啾脉冲放大技术的全光纤放大系统的研究。以工程化的色散管理掺镱光纤振荡器作为前级,经单模光纤展宽,三级保偏放大,压缩器压缩,得到光谱范围1042±5.2 nm,重复频率75 MHz,脉冲宽度170 fs,最大输出功率12 W的超短脉冲激光。以此为基础,分别以铌酸锂和偏硼酸钡非线性晶体进行频率变换,获得了最大输出功率为5.6 W的521 nm绿光以及330 mW的261 nm紫外光,对应的二倍频与四倍频转换效率分别为46.5%和12.2%。其中二倍频输出的4小时功率抖动小于0.16%(均方根)。4.以大模场掺镱光子晶体光纤作为主放大级增益介质,使用特殊设计的啁啾光纤布拉格光栅(Chirped Fiber Bragg Grating,CFBG)进行超短脉冲展宽-压缩匹配,引入频率选择模块降低重复频率,将全光纤保偏啁啾脉冲放大系统的输出单脉冲能量提升至32μJ。最终得到了光谱范围1038±5.5 nm,脉冲宽度153 fs,重复频率1 MHz的超短脉冲输出。对应最大峰值功率为0.21 GW,输出光束M~2因子分别为1.3和1.4(水平和竖直方向)。在输出功率为21.5 W时,系统的24小时功率稳定性为0.64%。并且研究了偏振消光比和脉冲宽度以及输出功率间的关系,测量了中心波长,光谱宽度在系统不同位置处的变化情况。
【图文】：

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西安电子科技大学硕士学位论文4图1.1 啁啾脉冲放大原理示意图截至目前，代表全世界最高工艺水平的激光设施，大部分是基于 CPA 技术建设起来的。如位于美国旧金山湾区的国家点火装置（National Ignition Facility, NIF），采用直接放大-多路合束方案，最高峰值功率可达 500 TW[27]。国内的上海超强超短激光实验装置（Superintense Ultrafast Laser Facility, SULF），，基于 CPA 技术，最高峰值功率达到 10 PW。欧洲的极光基础设施（Extreme Light Infrastructure, ELI）,预计建成后，输出峰值功率可达惊人的 200 PW。除了这些大设施外，基于 CPA 技术的商用高功率钛宝石激光器

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激光器峰值功率密度的发展趋势
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248

【共引文献】