1.5μm掺铒超短脉冲锁模光纤激光器的研究

发布时间：2020-06-20 10:28

【摘要】：超快脉冲激光技术有许多应用,包括医学成像、空间测距、眼科学、太赫兹光谱、激光武器、材料微加工、精密计量等等,同时超短脉冲激光技术也是一个科研利器,对于人类认识自然界中的瞬态现象和过程等方面都发挥着巨大的作用。本文利用非线性偏振演化(Nonlinear Polarization Evolution,NPE)锁模机制对掺铒和铒镱共掺锁模光纤激光器进行了系统的研究,主要完成的工作如下所示:1、从基本理论出发,介绍了光纤中光波传导的基本方程,进而推导出非线性薛定谔方程;其次介绍了光纤的色散效应和非线性效应,讨论了对脉冲传导的影响。然后,介绍了锁模光纤激光器的锁模原理及其基本结构,讨论分析了锁模光纤激光器基本结构的特点,并仔细阐述了NPE锁模的基本结构和锁模原理。最后,对比分析了各类不同锁模机制的光纤激光器。2、基于非线性偏振演化锁模技术,开展了1.5μm掺铒单模锁模光纤激光实验研究。首先通过改变腔内偏振态,实现了重频为51.02 MHz,光谱半高全宽为39 nm,脉宽为2.57 ps,峰值功率为241.2 W的1558 nm传统孤子锁模输出;其次通过调整泵浦功率和腔内波片角度,实验上获得了稳定的束缚态锁模激光输出,并对其输出特性进行分析;在此基础上,利用不同色散补偿光纤对腔内光纤进行色散管理,在实验上获得了稳定的色散管理型孤子输出。3、基于非线性偏振演化锁模技术,开展了高功率Er/Yb共掺双包层锁模光纤激光器的实验研究。搭建了双包层光纤激光器,通过调整腔内色散和偏振态,获得了中心波长为1560 nm,基重频为11.34 MHz,光谱半高全宽为15 nm,脉宽为125.7 fs的类噪声锁模输出,在8 W泵浦功率下,高阶谐波类噪声脉冲重频为115 GHz,激光器最高输出功率为628 m W。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248
【图文】：

锁模脉冲序列,不同时间尺度

由式(2.20) 可以发现，锁模激光器输出光场是周期函数，即在时域上激光器输出的是周期时间脉冲序列，且单脉冲在激光器谐振腔内行进一个来回的时间正好为脉冲序列之间的时间间隔。一般而言，激光器输出光强I(t)是与E2(t)成正比关系, 由式(2.20)可以算出锁模激光器输出峰值功率为(2M+1)2E2，而由式 (2.19)可知自由运行的激光器输出功率为(2M+1)E2，二者相比之下可以看出锁模激光器比自由运行激光器功率增大了 2M+1 倍。图(2.1)是不同时间尺度下稳定锁模脉冲序列信号，从图中可以清楚明了地看出，在光纤激光器内纵模相位锁定的情况下即相位差为一常数，激光器输出稳定的窄脉冲锁模序列。

锁模光纤激光器,结构示意图,文献

图 2.2 锁模光纤激光器结构示意图（引自文献[48]）模光纤激光器的结构如图(2.2)所示[48]，一般是由掺杂稀土离子光纤作再加上以光纤光栅、光纤环形镜或光纤端面等作为反射镜构成谐振腔件以及泵浦源构成。信号的形成和放大是作为增益物质的掺杂光纤来实现，其物理特性取，光谱性质是由掺杂离子的能级结构决定。掺杂光纤，顾名思义就是掺入杂质，杂质一般以稀土离子为主，稀土掺杂光纤的基质材料主要比较成熟的有源光纤中掺入的稀土离子有 Er3+，Tm3+, Nd3+, Pr3+, Yb3+素的离子多以三价形态出现，例如，铒离子 Er3+、钕离子 Nd3+等，都的电子保持不变而逸出两个 4f 电子和一个 6s 电子。纤激光器以谐振腔结构分类，主要分成线形谐振腔（驻波腔）和环形

【参考文献】