基于2微米脉冲泵浦软玻璃光纤的中红外超连续谱研究

发布时间：2017-08-20 05:13

  本文关键词：基于2微米脉冲泵浦软玻璃光纤的中红外超连续谱研究

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【摘要】：中红外超连续谱(SC)因其在军事国防、气体检测、光谱学、生物医学、环境检测等领域广泛的应用前景而受到广泛研究。近年来,高功率、超宽带中红外SC成为研究重点。本文主要基于2μm高能锁模脉冲分别对ZBLAN和As2S3光纤中超连续谱的产生进行理论和实验研究。主要内容可以分为以下三个部分:(1)通过建立基于非线性薛定谔(GNLSE)方程的脉冲在非线性光纤中传输的理论模型,采用分步傅里叶算法求解GNLSE,数值模拟了超短脉冲在单模ZBLAN光纤中正常色散区和反常色散区传输时的光谱演化过程,详细分析了自相位调制(SPM)、受激拉曼散射(SRS)以及孤子分裂等非线性效应对超连续谱产生的影响。定量分析了脉冲峰值功率、脉冲宽度和光纤长度对能量红移和光谱平坦度的影响,从而优化泵浦和光纤参数,获得平坦的宽带超连续谱输出。(2)分别描述非线性偏振旋转(NPR)和单壁碳纳米管(SWCNT)真实可饱和吸收体的被动锁模原理,在此基础上创新性的采用两者混合被动锁模,搭建了输出两种不同脉宽的锁模脉冲光纤激光器,脉冲宽度分别为2 ps和15.41 ps。脉宽为2 ps的激光器输出脉冲中心波长为1979 nm,重频15.37 MHz,阈值泵浦功率约为3.93 W,输出平均功率为13.696 m W;脉宽为15.84 ps的激光器输出脉冲中心波长为1969.9 nm,重频9.07 MHz,阈值泵浦功率为3.76 W,输出平均功率为8.56 m W。其次,以上述两种锁模脉冲光纤激光器为种子源,搭建主振荡功率放大系统(MOPA),对脉冲进行放大。由于峰值功率的增加,放大后脉宽为2 ps的脉冲光谱在MOPA系统中预展宽,谱宽超过250 nm,输出功率达到613.3 m W,单脉冲能量放大了65倍;脉宽为15.84 ps的脉冲放大后,光谱谱宽也增加至175 nm,输出平均功率为308.3 m W,单脉冲能量放大37.3倍。(3)在上述实验的基础上,采用经过放大的不同脉冲分别泵浦ZBLAN光纤和As2S3光纤,实现高功率中红外超连续谱输出。放大2 ps锁模脉冲泵浦ZBLAN光纤,产生了光谱覆盖1950~2400 nm的中红外超连续谱,输出平均功率为149 m W;放大的脉宽为15.84 ps的锁模脉冲泵浦ZBLAN光纤,实现了光谱覆盖1940~2400nm以上的中红外超连续谱,输出平均功率为104.2 m W;采用单模As2S3光纤作为非线性光纤,当采用放大的2 ps脉冲泵浦时,产生了光谱范围为1950~2300 nm的中红外超连续谱,输出平均功率为182.8 m W;而当采用放大的脉宽为15.84 ps脉冲泵浦时,由于峰值功率不够高,光谱展宽范围很小,只有大约50 nm,输出平均功率为67.9 m W。
【关键词】：超连续谱产生 优化 高功率 MOPA 2μm锁模激光
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN253
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 超连续谱10-11
• 1.2 超连续谱的应用11-12
• 1.3 超连续谱的发展现状12-16
• 1.4 本文主要研究内容16-18
• 第二章 基于氟化物和硫化物光纤的超连续谱理论研究18-35
• 2.1 引言18
• 2.2 理论模型18-21
• 2.3 参数优化21-34
• 2.3.1 参数设置21-23
• 2.3.2 参数优化23-34
• 2.4 小结34-35
• 第三章 放大的2μm混合锁模光纤激光器的实验研究35-50
• 3.1 引言35
• 3.2 基于NPR和SWCNT的混合被动锁模光纤激光器35-43
• 3.2.1 混合被动锁模的原理35-37
• 3.2.2 超短脉冲混合锁模光纤激光器37-40
• 3.2.3 皮秒量级混合被动锁模光纤激光器40-43
• 3.3 基于2微米混合锁模光纤激光器的MOPA放大系统43-48
• 3.3.1 MOPA放大系统的原理43-45
• 3.3.2 实验装置图45
• 3.3.3 结果分析45-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第四章 基于软玻璃光纤的中红外超连续谱产生50-59
• 4.1 引言50
• 4.2 ZBLAN光纤中超连续谱的产生50-54
• 4.2.1 放大的超短脉冲泵浦ZBLAN光纤产生超连续谱51-53
• 4.2.2 放大的皮秒脉冲泵浦ZBLAN光纤产生超连续谱53-54
• 4.3 硫化物光纤中超连续谱的产生54-58
• 4.3.1 放大的超短脉冲泵浦As2S3光纤产生超连续谱55-56
• 4.3.2 放大的皮秒脉冲泵浦硫化物光纤产生超连续谱56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 总结与展望59-62
• 5.1 总结59-60
• 5.2 工作展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-69
• 硕士期间取得的成果69-70

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本文编号：704769