高能量可调谐掺铥拉曼孤子光纤激光器的优化设计

发布时间：2020-07-28 09:21

【摘要】：近年来,工作波长在2μm附近的激光器因其在工业气体与环境监测、激光通信与雷达、聚合物材料加工、激光手术等方面的应用而受到研究者广泛关注。掺铥拉曼孤子光纤激光器因其可产生能突破掺铥光纤增益带宽的宽范围波长可调谐、高能量、近变换极限的超短脉冲成为近年来的研究热点。掺铥拉曼孤子光纤激光器的实验研究工作已经开展,对其系统的理论研究工作有待深入。本文利用数值模拟的研究方法,对掺铥拉曼孤子光纤激光器进行了优化设计,具体研究内容和研究结果如下:1.概述了高能量掺铥脉冲光纤激光器、可调谐掺铥脉冲光纤激光器以及拉曼孤子光纤激光器的应用及研究进展。2.给出了不同情况下的光脉冲在光纤中传输时所满足的广义非线性薛定谔方程,介绍了本文中使用的多模式拉曼响应函数,简要描述了本文数值模拟所用的方法——分步傅里叶变换方法。3.利用数值模拟研究方法,优化设计了具有啁啾脉冲放大结构的掺铥拉曼孤子光纤激光器。分别研究了高数值孔径光纤长度、双包层掺铥光纤长度、掺铥光纤长度、种子源脉冲宽度和种子源脉冲峰值功率对拉曼孤子脉冲能量和中心波长的影响,得到了最高脉冲能量为23.43 nJ、中心波长在1976-2414 nm范围内可调谐的拉曼孤子脉冲,给出了高能量可调谐拉曼孤子光纤激光器对种子源激光器的要求。4.利用数值模拟研究方法,对掺铥拉曼孤子光纤激光器种子源进行了优化设计。分别研究了单模光纤长度、高数值孔径光纤长度、掺铥光纤长度、滤波器带宽及输出耦合比对种子源脉冲的M因子、去啁啾后脉冲宽度和峰值功率的影响,得到了M因子为0.025,去啁啾脉冲宽度为149.4 fs,峰值功率为59.562 kW的种子源脉冲。
【学位授予单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248
【图文】：

美国贝尔实验室的 Mitschke 和 Mollenauer 报道了在一段标准的单中，亚皮秒量级孤子脉冲中心频率持续红移的现象。他们将这种现象称为孤soliton self-frequency shift ，SSFS）[42]。自此，基于孤子自频移的拉曼孤子得到了广泛的研究。1.3.1 拉曼孤子光纤激光器简介高功率超短脉冲在非线性介质中传输时，由于脉冲宽度很窄，相应的光谱很线性介质的拉曼增益谱重叠，同一脉冲的蓝移分量通过自感应的受激拉曼散红移分量，将能量从短波长处转移到长波长处，从而脉冲的光谱向长波长方向 1.1 所示。这种频移最早是在孤子领域中被发现，所以被称为孤子自频移。频移效应的拉曼孤子光纤激光器不受增益带宽限制，工作波长在大范围内可产生高能量近变换极限的超短脉冲，并且成本低廉，易于实现全光纤化[43]。

图 1.2 1.7μm 色散位移光纤拉曼孤子光纤激光器[47]Fig.1.2 The 1.7μm dispersion-shifted fiber Raman soliton fiber laser[4京工业大学的 Wang 等利用 SESAM 锁模的掺铥线形腔光采用含有增益的掺铥光纤作为拉曼频移光纤，将脉宽约为波长为 1922.8 nm 的种子源脉冲输入掺铥光纤，并对掺纤不仅仅起到拉曼频移光纤的作用，还起到放大器的作用况下，随着泵浦功率的逐渐增大，拉曼孤子脉冲的能量逐长漂移、最终得到了输出功率为 1.16 W，中心波长可调9 μm 处最大脉冲能量为 34 nJ 的拉曼孤子光脉冲。限制拉波长漂移的主要原因是掺铥光纤的基底二氧化硅对于 2.4实验装置如图 1.3 所示，这是最简单的含增益拉曼频移光

图 1.2 1.7μm 色散位移光纤拉曼孤子光纤激光器[47]Fig.1.2 The 1.7μm dispersion-shifted fiber Raman soliton fiber laser[47]京工业大学的 Wang 等利用 SESAM 锁模的掺铥线形腔光纤采用含有增益的掺铥光纤作为拉曼频移光纤，将脉宽约为 2心波长为 1922.8 nm 的种子源脉冲输入掺铥光纤，并对掺铥纤不仅仅起到拉曼频移光纤的作用，还起到放大器的作用。况下，随着泵浦功率的逐渐增大，拉曼孤子脉冲的能量逐渐长漂移、最终得到了输出功率为 1.16 W，中心波长可调谐29 μm 处最大脉冲能量为 34 nJ 的拉曼孤子光脉冲。限制拉曼波长漂移的主要原因是掺铥光纤的基底二氧化硅对于 2.4 μ实验装置如图 1.3 所示，这是最简单的含增益拉曼频移光纤

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本文编号：2772681