方波光纤激光器啁啾特性研究

发布时间：2020-06-20 07:35

【摘要】：被动锁模光纤激光器具有输出脉冲窄、时域稳定性好、转换效率高、体积轻巧以及经济实用等特点,因此在生物医学、精密加工及超快光谱学等领域有着广泛应用。传统的孤子光纤激光器一般工作在反常色散区,利用非线性效应和色散之间的平衡产生孤子脉冲。受孤子面积理论限制,孤子能量通常为～0.1 nJ量级,更大的脉冲能量将使孤子发生分裂。为了在光纤激光器中产生高能量短脉冲,国内外科学家做了大量研究。在这些研究中,有一类锁模激光器可以产生时域上为方形的脉冲。这种方波脉冲边沿陡峭、顶部平坦,其时域宽度可以通过增大泵浦功率调谐至百ns甚至μs量级,单脉冲能量能够达到μJ水平。然而,方波脉冲通常有很大的啁啾,其时间带宽积可以达到104。在以往方波激光器相关报道中,研究人员主要关注方波脉冲的时域调谐性、最大脉冲能量和峰值功率,而很少关注其啁啾特性。脉冲啁啾在实际应用中非常重要。方波脉冲啁啾不同,其应用可能不同。因此,本论文主要对方波光纤激光器啁啾特性进行了研究。该工作一方面可以有助于进一步理解方波脉冲特性和形成机制,另一方面可以探索其潜在的应用价值。本论文的主要研究工作与成果如下:1.实验研究了一种可以切换产生耗散孤子共振(DSR)脉冲和随机啁啾方波脉冲光纤激光器。通过调节偏振控制器可以切换产生DSR脉冲和随机啁啾方波脉冲。DSR脉冲中央具有较小的线性啁啾,两个边沿有较大的非线性啁啾。随机啁啾脉冲则没有明确的啁啾分布,其光谱形状和宽度几乎不随泵浦功率而变化。2.实验研究了一种高功率、大能量、宽光谱方波光纤激光器,该激光器可以产生平均功率为1.25W、光谱宽度为4.5nm方波脉冲。所产生的方波脉冲具有随机啁啾。3.实验研究了一种啁啾可调节的方波脉冲光纤激光器。通过调节偏振控制器可以实现对方波脉冲啁啾的调节。实验中观察到三种典型的啁啾状态:随机啁啾、V形啁啾和线性啁啾。4.从理论研究了高峰值功率窄脉宽脉冲泵浦光纤放大器。研究结果表明,相对于低峰值功率脉冲泵浦光纤放大器,高峰值功率脉冲泵浦光纤放大器可以有效降低脉冲泵浦时间内的ASE能量。本文的创新点:1.在同一台激光器中产生了耗散孤子共振脉冲和随机啁啾方波脉冲,证明了初始腔参数对方波脉冲啁啾有重要影响。2.实现了一种啁啾可调节的方波脉冲光纤激光器,从实验上实现了对三种典型啁啾状态的自由调谐。3.设计了一种NALM结构的方波脉冲光纤激光器,将激光器的增益和非线性效应结合起来,基于该结构实验上实现了高能量方波脉冲输出。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248
【图文】：

模式锁定,纵模

逦第１章绪论逦逡逑Ａ（ｔ）邋－邋Ｅ0邋ｓｉｎ［（ＡＷ0ｔ＋ＡＶ）／２］逦（Ｌ５）逡逑假设腔内模式锁定的纵模数＃＝１００，相邻纵模频率间隔为Ａｏｏ邋＝邋２０ＧＨｚ，Ａ＜ｐ逡逑取为０。对于波长１．０ｐｍ的激光，该１００个纵模对应的光谱宽度约为６．６ｎｍ，其变逡逑换极限的时间宽度约为４００￣５００ｆｓ。逡逑（｜＞）邋１２０逡逑

瞬时频率,电场,脉冲,光脉冲

Ｅ（ｔ）邋＝邋￡＂０ｅｘｐ（—ａｔ２邋＋邋ｈｔ２）逦（１．９）逡逑图１．２给出了该脉冲的电场轨迹，可以看出瞬时频率在脉冲内逐渐增大。将逡逑二次相位对时间求导，得到脉冲内频率随时间变化关系为：逡逑ｖ（ｔ）邋＝逦（１．１０）逡逑Ｉｔ逡逑５逡逑

【参考文献】