碳纳米管锁模光纤激光器中束缚态脉冲的实验与理论研究

发布时间：2020-08-17 15:45

【摘要】：束缚态脉冲的研究不仅丰富了激光器的输出状态,而且在光纤通信、激光器和高分辨等光学领域也具有潜在的应用价值。因此,束缚态脉冲为具有重要的意义研究课题。本文基于碳纳米管锁模器件,研究了不同色散区域内光纤激光器的输出状态,分别获得了传统孤子束缚态和展宽脉冲束缚态,具体研究内容如下:1.制备了单壁碳纳米管聚合物薄膜。利用飞秒脉冲研究其光学特性,并运用简化的二能级模型对碳纳米管薄膜饱和吸收特性进行拟合,可得:饱和光强I sat约为30 m W/cm2;非饱和吸收系数a ns约为80%;调制深度d约为10.92%。数据证实碳纳米管聚合物薄膜具有优异的饱和吸收特性,可作为锁模器件应用于光纤激光器中。2.在负色散区域,利用光纤布拉格光栅形成线性谐振腔,位于腔内的碳纳米管薄膜作为锁模器件。实验中,成功观测到传统孤子束缚态锁模脉冲输出,结果显示子脉冲的时域宽度和间隔分别为6.3 ps和23 ps。使用“脉冲跟踪法”对激光器输出进行数值模拟,很好的验证了实验结果的正确性。实验结果和数值模拟共同表明传统孤子束缚态十分稳定,其形成是由于子脉冲间直接的相互作用。3.在近零色散区域,通过实验与理论的方法研究了展宽脉冲环型光纤激光器的输出状态,其锁模方式是利用碳纳米管饱和吸收体。通过改变泵浦功率和调节偏振控制器,分别在腔中实现展宽脉冲和其束缚态的稳定输出。比较数值模拟与实验观测,两者结果很好的彼此验证。通过分析,束缚态展宽脉冲的形成是子脉冲间直接相互作用结果。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248
【图文】：

图 1.1 锁模激光器的典型结构。(引自文献[47])当腔内未加入锁模器件（Mode Locker）时，激光器处于自由运转状态。这种情况下，增益介质对自发辐射噪声光子进行放大，从而在腔内形成各个模式的稳定振荡。所以 2M+1 个纵模的相位jm之间无确定关系，即jm+1-jm≠常数，而且各个纵模的相位受到激光工作物质和腔长的热变形、泵浦能量的波动等不规则微扰的影响，其本身jm在时间轴上是不稳定的，并非常数。因此，干涉项时域积分为零，各纵模之间无相干特性。输出激光的光场为各个频率光场的无规则叠加，所得平均光强表达式如下：21( ) ,2Mmm MI t E=-= (1.2.6)激光器自由运转状态下，频域范围内，激光频谱是由等间隔（c/Lopt）分离的频率谱线构成，它们的振幅不一，相位于-p至p之间随机起伏。时域范围内，其输出为光场为直流光。以上为多模连续激光器的工作原理。

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“8”字腔锁模光纤激光器结构示意图（NOLM型）

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本文编号：2795516