3μm波段超短脉冲光纤激光器关键技术研究

发布时间：2017-06-15 13:01

  本文关键词：3μm波段超短脉冲光纤激光器关键技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水分子在3μm波段附近具有很强的吸收峰,与皮肤组织作用时具有很好的吸收特性,且由于脉冲极短,3μm波段中红外超短脉冲激光用于激光手术可以使血液迅速凝结,手术具有创面小、止血性好、可以快速、准确的切除外表层组织的优点,因此3μm波段的中红外超短脉冲激光在医疗上有重要应用。此外,该波段中红外激光位于大气的一个传输窗口中,又由于超短脉冲激光具有极高的瞬时功率,与光电器件作用时极易致其瞬间饱和,因此在军事领域将有重要的应用。由于光纤激光器具有体积小、结构简单紧凑、转换效率高、稳定性好、波长可调谐范围大、以及系统维护成本低等优点,因此研究3μm波段中红外超短脉冲光纤激光技术具有很重要意义。目前对3μm波段的中红外超短脉冲光纤激光器的研究较少。本课题主要针对3μm波段中红外超短脉冲光纤激光器开展相关理论研究。首先介绍3μm波段中红外超短脉冲光纤激光器应用以及研究现状,分析实现稳定的3μm波段超短脉冲的几项关键因素；其次根据非线性薛定谔方程建立了基于掺Er~(3+)氟化物光纤的可饱和锁模光纤振荡器的数值分析模型；分别数值模拟腔内净色散量、可饱和吸收体不饱和损耗、增益光纤长度和掺Er~(3+)氟化物光纤小信号增益四项关键因素对掺Er~(3+)氟化物光纤振荡器产生稳定超短脉冲的影响,通过模拟分析实现3μm波段亚皮秒脉冲的可行性,根据数值模拟结果得到掺Er~(3+)氟化物光纤振荡器中产生稳定锁模的参数范围；然后设计石墨烯可饱和吸收体用于3μm波段锁模,设计基于石墨烯可饱和吸收体被动锁模掺Er~(3+)氟化物光纤振荡器。具体内容包括以下几个方面：根据非线性薛定谔方程建立了基于掺Er~(3+)氟化物光纤的可饱和锁模光纤振荡器的数值分析模型。研究掺Er~(3+)氟化物光线振荡器参数优化。研究腔内净色散量、可饱和吸收体不饱和损耗、增益光纤长度、掺Er~(3+)氟化物光纤小信号增益对于掺Er~(3+)氟化物光纤振荡器产生锁模脉冲宽度、光谱宽度、峰值功率的影响：给出掺Er~(3+)氟化物光纤振荡器产生稳定锁模的最佳参数范围。研究基于石墨烯的可饱和吸收体用于3μm波段中红外超短脉冲锁模；设计基于石墨烯可饱和吸收体被动锁模掺Er~(3+)氟化物光纤振荡器方案。
【关键词】：光纤激光器 中红外 超短脉冲 氟化物光纤
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-23
• 1.1 研究背景和意义8-10
• 1.2 3μm中红外超短脉冲光纤激光器研究现状10-17
• 1.2.1 Er~(3+)掺杂ZBLAN光纤激光器研究现状11-13
• 1.2.2 Ho~(3+)-Pr~(3+)共掺ZBLAN光纤激光器研究现状13-16
• 1.2.3 小结16-17
• 1.3 基于石墨烯锁模光纤激光器研究现状17-21
• 1.3.1 石墨烯可饱和吸收体的理论17-20
• 1.3.2 石墨烯可饱和吸收体锁模光纤激光器研究现状20-21
• 1.4 本文研究主要内容21-23
• 第二章 基于可饱和吸收体被动锁模氟化物光纤激光器理论23-29
• 2.1 锁模光纤激光器简介23-25
• 2.1.1 锁模光纤激光器分类23-24
• 2.1.2 锁模的物理机制24-25
• 2.2 基于可饱和吸收体锁模光纤激光器基本理论模型25-28
• 2.2.1 可饱和吸收体锁模理论25
• 2.2.2 可饱和吸收体锁模氟化物光纤激光器基本理论模型25-27
• 2.2.3 分布傅里叶算法27-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第三章 3μm亚皮秒氟化物光纤振荡器优化设计29-62
• 3.1 腔内净色散量对锁模脉冲的影响29-36
• 3.1.1 数值模拟腔内净色散量的变化脉冲演化30-31
• 3.1.2 腔内净色散量对锁模脉冲脉宽的影响31-33
• 3.1.3 腔内净色散量对锁模脉冲光谱宽度的影响33-34
• 3.1.4 腔内净色散量对锁模脉冲峰值功率的影响34-36
• 3.2 不饱和损耗对锁模脉冲的影响36-46
• 3.2.1 数值模拟不饱和损耗的变化脉冲演化36-39
• 3.2.2 不饱和损耗对锁模脉冲宽度的影响39-41
• 3.2.3 不饱和损耗对锁模脉冲光谱宽度的影响41-43
• 3.2.4 不饱和损耗对锁模脉冲峰值功率的影响43-46
• 3.3 掺Er~(3+)氟化物增益光纤长度对锁模脉冲的影响46-54
• 3.3.1 数值模拟增益光纤长度的变化脉冲演化46-49
• 3.3.2 增益光纤长度对锁模脉冲宽度的影响49-50
• 3.3.3 增益光纤长度对锁模脉冲光谱宽度的影响50-52
• 3.3.4 增益光纤长度对锁模脉冲峰值功率的影响52-54
• 3.4 掺Er~(3+)氟化物光纤小信号增益对锁模脉冲的影响54-61
• 3.4.1 数值模拟掺Er~(3+)氟化物光纤小信号增益的变化脉冲演化54-56
• 3.4.2 掺Er~(3+)氟化物光纤小信号增益对锁模脉冲宽度的影响56-58
• 3.4.3 掺Er~(3+)氟化物光纤小信号增益对锁模脉冲光谱宽度的影响58-59
• 3.4.4 掺Er~(3+)氟化物光纤小信号增益对锁模脉冲峰值功率的影响59-61
• 3.5 本章小结61-62
• 第四章 掺Er~(3+)氟化物光纤振荡器方案设计62-67
• 4.1 基于石墨烯被动锁模掺Er~(3+)氟化物光纤振荡器方案设计62-64
• 4.2 石墨烯可饱和吸收体用于3μm波段中红外锁模的研究64-66
• 4.3 本章小结66-67
• 第五章 总结与展望67-69
• 5.1 本文的主要研究内容67
• 5.2 本文的主要进步点67-68
• 5.3 展望68-69
• 参考文献69-75
• 致谢75-76
• 附录76-77

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