掺铥光纤激光器及其在全光纤化中红外超连续谱光源中的应用

发布时间：2022-09-30 15:58

　　光纤激光器结构简单紧凑、光束质量好、转换效率高、散热性能好、易于实现高功率输出,在科研、工业生产、医疗以及军事上都有重要的应用,被认为是最有发展前景的激光器之一。2μm掺铥光纤激光器已成为国际前沿性研究热点,尤其是高功率脉冲掺铥光纤激光器、基于掺铥光纤激光器的拉曼激光器以及2-5μm波段的中红外超连续谱光源等方向。随着2μm波段光纤器件的快速发展,2μm掺铥光纤激光器的输出指标亦不断提升,连续波输出的平均功率已达1050 W,纳秒以及皮秒脉冲输出的平均功率已达到百瓦量级,飞秒啁啾脉冲放大也已实现＞5 GW的超高峰值功率输出。本论文主要围绕纳秒、皮秒量级的掺铥光纤振荡器、高功率掺铥光纤放大器以及2-5μm波段全光纤化中红外超连续谱光源展开研究。首先,基于NALM锁模技术实现2μm耗散孤子共振纳秒脉冲输出,并研究其放大特性;其次,通过半导体可饱和吸收镜SESAM实现2μm皮秒脉冲输出,研究其放大特性及2-3μm波段超连续谱产生;最后,研究中红外光纤与普通石英光纤的熔接技术,并实现2-5μm波段全光纤化中红外超连续谱输出。本论文主要研究工作包括:1、高平均功率（104.3 W）、高单脉冲能量... 

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 光纤激光器简介
    1.2 掺铥光纤激光器的研究现状及应用
        1.2.1 铥离子能级结构简介
        1.2.2 掺铥光纤激光器的研究现状
        1.2.3 掺铥光纤激光器的应用
    1.3 耗散孤子共振的研究进展
    1.4 超连续谱产生的研究进展
        1.4.1 基于高掺锗石英光纤超连续谱产生的研究进展
        1.4.2 基于ZBLAN光纤超连续谱产生的研究进展
        1.4.3 超连续谱的应用
    1.5 论文的主要研究工作
第2章 百瓦级耗散孤子共振掺铥光纤放大器
    2.1 耗散孤子的产生机理
    2.2 基于“9”字腔的耗散孤子共振矩形脉冲
        2.2.1 非线性环形镜锁模原理
        2.2.2 “9”字腔耗散孤子共振锁模实验装置
        2.2.3 耗散孤子共振矩形脉冲输出特性
    2.3 百瓦级耗散孤子共振掺铥光纤放大器
        2.3.1 MOPA结构实验装置
        2.3.2 耗散孤子共振矩形脉冲放大输出特性
    2.4 实验结果分析
    2.5 本章小结
第3章 基于高掺锗石英光纤的全光纤化中红外超连续谱光源
    3.1 原理介绍
        3.1.1 SESAM锁模
        3.1.2 超连续谱产生
        3.1.3 级联拉曼
    3.2 基于高掺锗石英光纤的级联拉曼和超连续谱研究
        3.2.1 正常锁模状态和级联拉曼的产生
        3.2.2 类噪声锁模状态和超连续谱的产生
    3.3 基于高掺锗石英光纤超连续谱光源的实验研究
        3.3.1 实验装置
        3.3.2 基于高掺锗石英光纤超连续谱输出
    3.4 实验结果分析
    3.5 本章小结
第4章 ZBLAN光纤与常规石英光纤熔接技术的研究
    4.1 ZBLAN光纤的介绍
    4.2 光纤之间常见的耦合方法介绍
        4.2.1 CO_2激光器熔接
        4.2.2 直流电弧放电熔接(ARCfusionsplicing)
        4.2.3 胶水拼接(gluesplicing)
        4.2.4 机械对接(mechanicalsplicing)
        4.2.5 热熔接(thermalsplicing)
    4.3 ZBLAN光纤与石英光纤的胶水拼接
        4.3.1 ZBLAN光纤的处理
        4.3.2 ZBLAN光纤与SMF-28光纤的胶水拼接
    4.4 ZBLAN光纤与石英光纤的低损耗热熔接
        4.4.1 ZBLAN光纤与SMF-28光纤的低损耗热熔接
        4.4.2 ZBLAN光纤与SMF-28光纤熔接点的测试
    4.5 单模光纤之间的连接损耗
        4.5.1 单模光纤之间的连接损耗分析
        4.5.2 ZBLAN光纤与不同石英光纤的连接损耗
    4.6 实验结果分析
    4.7 本章小结
第5章 基于ZBLAN光纤的全光纤化中红外超连续谱光源
    5.1 中红外光纤的介绍
    5.2 十瓦量级全光纤化中红外超连续谱光源
        5.2.1 掺铥光纤放大器产生中红外超连续谱的研究
        5.2.2 基于ZBLAN光纤产生中红外超连续谱的研究
    5.3 实验结果分析
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]2D noncarbon materials-based nonlinear optical devices for ultrafast photonics [Invited][J]. 郭波.  Chinese Optics Letters. 2018(02)
[2]Harmonic dissipative soliton resonance pulses in a fiber ring laser at different values of anomalous dispersion[J]. YANJIA LYU,HONGXIA SHI,CHEN WEI,HEPING LI,JIANFENG LI,YONG LIU.  Photonics Research. 2017(06)
[3]Scaling all-fiber mid-infrared supercontinuum up to 10 W-level based on thermal-spliced silica fiber and ZBLAN fiber[J]. Zhijian Zheng,Deqin Ouyang,Junqing Zhao,Minqiu Liu,Shuangchen Ruan,Peiguang Yan,Jinzhang Wang.  Photonics Research. 2016(04)
[4]An Effective Thermal Splicing Method to Join Fluoride and Silica Fibers for a High Power Regime[J]. 郑志坚,欧阳德钦,赵俊清,阮双琛,余军,郭春雨,王金章.  Chinese Physics Letters. 2015(11)
[5]百瓦级全光纤化掺铥光纤激光器[J]. 欧阳德钦,赵俊清,郑志坚,任席奎,李春波,谢维信,阮双琛.  深圳大学学报(理工版). 2014(06)
[6]国内首次实现瓦级全光纤中红外超连续谱光源[J]. 杨未强,张斌,侯静,殷科,刘泽金.  中国激光. 2013(04)
[7]激光泵浦碲化物产生中红外超连续谱数值模拟[J]. 杨未强,侯静,张斌,王彦斌,刘泽金.  强激光与粒子束. 2012(09)
[8]铥离子(Tm3+)能级标注浅议[J]. 杜戈果.  大学物理. 2007(12)

博士论文
[1]耗散孤子光纤激光器的研究[D]. 王擂然.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2012



本文编号：3683847