基于DMD可调谐被动锁模掺镱光纤激光器
发布时间：2021-12-15 22:24
锁模激光器作为超短脉冲、高能量光源在军事武器、医学、工业加工、激光雷达等方面具有卓越的性能,而且在光纤传感、测量以及成像等方面均有不可替代的地位。光纤激光器凭借结构紧凑,便于集成,光束质量较好,散热性好等优点成为当今研究的热点,可调谐光纤激光器尤其是可调谐锁模光纤激光器具有非常重要的研究意义和应用价值。本文利用数字微镜器件（DMD）作为波长的调谐器件,并与非线性偏振旋转（NPR）效应结合实现了波长可调谐锁模掺镱光纤激光器（YDFL）。本文的研究工作和成果如下:1.介绍锁模的原理和类型,并对光纤中的被动锁模技术进行详细介绍,将被动锁模划分为实体可饱和吸收体锁模和虚拟可饱和吸收体锁模,并阐述了被动锁模技术的原理,分析了不同被动锁模技术之间的优缺点。2.介绍DMD的结构,分析DMD的衍射原理和滤波特性,设计基于DMD的滤波系统,通过ZEMAX软件进行光路仿真,并搭建实验系统测试DMD滤波系统的滤波特性。将DMD滤波系统应用在YDFL中,实现了中心波长在1048.8nm～1088.4nm范围内可调的连续激光输出,调谐范围为39.6nm,各波长的边模抑制比均在40 dB以上,并且还可以进行中心波...
【文章来源】：中央民族大学北京市 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１镱离子能级结构图??双包镱的诞生决了光器功率低的问题，如图１－２所示，双包层结??
浦光转换效率相比Ｙｂ３＋工作在三能级系统时高。为了提高ＹＤＦＬ的工作稳定性以及泵浦??光的转换效率，现在的泵浦源大都采用中心波长为９７６ｎｍ的激光器，可以得到较宽的自??发辐射谱（ＡＳＥ）?在可调谐激光器中可以获得更大的波长调谐范围。??２Ｆ５／２?一?■?－??Ａ?｜?｜?｜?｜????９１５ｎｍ?１０１０－１１６０ｎｍ??９７６ｎｍ?９７６ｎｍ??１２００ｎｍ??ｗ??２Ｆ５／２?二＝＝工??ｗ??图１－１镱离子能级结构图??双包层掺镱光纤的诞生解决了光纤激光器功率低的问题，如图１－２所示，双包层结??构的内包层将泵浦后的激光束缚在纤芯内，外包层的作用就是将泵浦光束缚在内包层中，??双包层结构可以使泵浦光更充分地耦合进内包层，降低了对泵浦源的要求，使泵浦光可??以更低的损耗地耦合进光纤，而且泵浦光在光纤内会被多次反射，被Ｙｂ３＋充分吸收，减??少泵浦光残留，提高双包层掺镱光纤的泵浦光利用率。双包层结构的掺镱光纤仍在不断??优化，通过改变纤芯的形状可以使泵浦光被Ｙｂ３＋吸收地更加充分，有利于产生高功率激??光，使光纤激光器打破输出功率低的瓶颈，因此ＹＤＦＬ具有很重要的应用价值１２１，２２］。??内包?ｙ?—二二——＾—／Ｃ＾＼??職??图１－２双包层光纤结构示意图??ＹＤＦＬ在产生高功率脉冲激光的应用上表现出了卓越性能，而且在军事武器、医学、??工业加工、激光雷达等方面均具有重要的应用价值［２３］，并且在光纤传感、测量以及在成??像方面均有不可替代的地位。波长以及脉冲宽度均可调谐的锁模ＹＤＦＬ是一种重要的科??学探索工具，所以脉冲宽度以及波长可调的锁模光纤激光器成为目前的研究热点。??
与普通波长固定的锁模光纤激光器相比，波长可调谐锁模光纤激光器是在谐振腔内??加入不同类型的滤波器，在增益介质的ＡＳＥ范围内进行波长选择，从而形成特定波长的??激光，并通过各种方式进行谐振腔内的模式锁定形成可调谐锁模激光器，下文将介绍波??长可调谐锁模光纤激光器的国内外研究进展。??２０１１年，江苏省先进光学制造实验室的Ｘｉａｏ－ＪｕｎＺｈｕ等人首次报道了可切换双波长??被动锁模ＹＤＦＬｔＷ，如图１－３所示，激光器中使用相移长周期光纤光栅作为激光腔中的??全光纤式光谱滤波器，通过ＮＰＲ结构实现稳定且可切换的双波长锁模实验，双波长脉冲??的最大输出能量为２５．７６?ｎＪ，重复频率为２．４９９?ＭＨｚ。??Ｏｕｔｐｕｔ?ｐｏｒｔ??ｃ（？ｌｌｉｎｉａｆｃ？ｒ?２?＾?＾?１??）Ｊ１?，ＪＡ?ＰＢＳ?ｔＪ４??ＰＰＹ?，?ＳＭ?Ｖｂ－ｄｏｐｅｄ?ｆｉｂｅｒ?ＳＭ?ｆｉｂｅｒ??⑥?？幻Ｊ??ＷＤＭ?Ｐｕｍｐ??ｄｉｏｄｅ??图１?－３使用相移长周期光纤光栅作为光谱滤波器的被动锁模ＹＤＦＬ??２０１２年，Ｘｉａｏ－ＨｕｉＬｉ等人报道了利用单壁碳纳米管薄膜作为可饱和吸收体，实现了??波长可调谐锁模ＹＤＦＬ［２５Ｉ，如图１－４所示，将单壁碳纳米管夹在两个光纤端面中间制成??“三明治”结构作为可饱和吸收体。在腔内加入一段ＨＩ１０６０光纤，并盘在光纤盘上提高??谐振腔的双折射效应，通过调节偏振控制器（ＰＣ）实现了锁模波长在１０２５?ｎｍ？１０３７ｎｍ??之间的调谐，谱宽在１．１?ｎｍ到２．４?ｎｍ之间可调，重复频率为９．４４?ＭＨｚ，脉冲宽度可在??３００ｐｓ？３４６ｐｓ之间调谐，输出功率为１．１?ｍＷ，相应的单脉冲能量为
【参考文献】：
期刊论文
[1]色散管理掺铥光纤激光器高能量脉冲的产生[J]. 赵铭,王天枢. 应用光学. 2019(04)
[2]高功率超快光纤激光器研究进展[J]. 余霞,罗佳琪,肖晓晟,王攀. 中国激光. 2019(05)
[3]基于数字微镜器件的可调谐掺铒光纤激光器[J]. 张策,陈根祥,高云舒,于超,吕敏,陈笑,张倩,王义全. 激光与光电子学进展. 2018(07)
[4]基于数字微镜器件的多通道C波段可调谐光纤激光器[J]. 艾琪,陈笑,田淼,颜玢玢,宋菲君,陈根祥,桑新柱,王义全. 光学学报. 2014(04)
[5]DMD光栅的衍射特性及其在可调谐激光中的应用[J]. 陈笑,颜玢玢,宋菲君,王义全,肖峰,Kamal Alameh. 光学学报. 2012(07)
[6]数字微镜器件动态红外场景投影技术[J]. 陈建华,朱明,黄德天. 中国光学与应用光学. 2010(04)
[7]激光的应用现状与发展趋势[J]. 王忠生,王兴媛,孙继凤. 光机电信息. 2007(08)
[8]掺镱双包层光纤激光器及其泵浦耦合技术[J]. 姚建铨,任广军,张强,王鹏. 激光杂志. 2006(05)
[9]高功率光纤激光器的应用与展望[J]. 张军,潘玉寨,胡贵军,张亮,王立军. 半导体光电. 2003(04)
博士论文
[1]拓扑绝缘体及其他二维材料的可饱和吸收特性研究[D]. 王祎然.山东大学 2019
[2]石墨烯类材料锁模光纤激光器及非线性脉冲动力学的研究[D]. 程昭晨.北京工业大学 2017
[3]全光纤超短脉冲激光器锁模机理及实验研究[D]. 段利娜.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2016
硕士论文
[1]1.5μm掺铒超短脉冲锁模光纤激光器的研究[D]. 林启蒙.西北大学 2018
[2]基于八字腔的保偏掺镱锁模光纤激光器研究[D]. 石宇航.北京工业大学 2018
[3]金纳米粒子调控光纤激光器脉冲特性的研究[D]. 袁雪.哈尔滨工业大学 2018
[4]数字微镜器件的光学衍射特性及其应用研究[D]. 陈瀛.中央民族大学 2016
[5]高调制深度饱和吸收体被动锁模光纤激光器的研究[D]. 夏晶.湖南大学 2015
[6]基于数字微镜芯片的无模光刻微加工技术研究[D]. 丁翔宇.中国科学技术大学 2014
[7]非线性偏振旋转锁模光纤激光器中的孤子研究[D]. 曾东彪.电子科技大学 2013
[8]非线性偏振旋转锁模光纤激光器的理论研究[D]. 付思.北京交通大学 2013
[9]基于NALM的被动锁模光纤激光器技术研究[D]. 吴黎舒.北京交通大学 2013
本文编号：3537249
【文章来源】：中央民族大学北京市 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１镱离子能级结构图??双包镱的诞生决了光器功率低的问题，如图１－２所示，双包层结??
浦光转换效率相比Ｙｂ３＋工作在三能级系统时高。为了提高ＹＤＦＬ的工作稳定性以及泵浦??光的转换效率，现在的泵浦源大都采用中心波长为９７６ｎｍ的激光器，可以得到较宽的自??发辐射谱（ＡＳＥ）?在可调谐激光器中可以获得更大的波长调谐范围。??２Ｆ５／２?一?■?－??Ａ?｜?｜?｜?｜????９１５ｎｍ?１０１０－１１６０ｎｍ??９７６ｎｍ?９７６ｎｍ??１２００ｎｍ??ｗ??２Ｆ５／２?二＝＝工??ｗ??图１－１镱离子能级结构图??双包层掺镱光纤的诞生解决了光纤激光器功率低的问题，如图１－２所示，双包层结??构的内包层将泵浦后的激光束缚在纤芯内，外包层的作用就是将泵浦光束缚在内包层中，??双包层结构可以使泵浦光更充分地耦合进内包层，降低了对泵浦源的要求，使泵浦光可??以更低的损耗地耦合进光纤，而且泵浦光在光纤内会被多次反射，被Ｙｂ３＋充分吸收，减??少泵浦光残留，提高双包层掺镱光纤的泵浦光利用率。双包层结构的掺镱光纤仍在不断??优化，通过改变纤芯的形状可以使泵浦光被Ｙｂ３＋吸收地更加充分，有利于产生高功率激??光，使光纤激光器打破输出功率低的瓶颈，因此ＹＤＦＬ具有很重要的应用价值１２１，２２］。??内包?ｙ?—二二——＾—／Ｃ＾＼??職??图１－２双包层光纤结构示意图??ＹＤＦＬ在产生高功率脉冲激光的应用上表现出了卓越性能，而且在军事武器、医学、??工业加工、激光雷达等方面均具有重要的应用价值［２３］，并且在光纤传感、测量以及在成??像方面均有不可替代的地位。波长以及脉冲宽度均可调谐的锁模ＹＤＦＬ是一种重要的科??学探索工具，所以脉冲宽度以及波长可调的锁模光纤激光器成为目前的研究热点。??
与普通波长固定的锁模光纤激光器相比，波长可调谐锁模光纤激光器是在谐振腔内??加入不同类型的滤波器，在增益介质的ＡＳＥ范围内进行波长选择，从而形成特定波长的??激光，并通过各种方式进行谐振腔内的模式锁定形成可调谐锁模激光器，下文将介绍波??长可调谐锁模光纤激光器的国内外研究进展。??２０１１年，江苏省先进光学制造实验室的Ｘｉａｏ－ＪｕｎＺｈｕ等人首次报道了可切换双波长??被动锁模ＹＤＦＬｔＷ，如图１－３所示，激光器中使用相移长周期光纤光栅作为激光腔中的??全光纤式光谱滤波器，通过ＮＰＲ结构实现稳定且可切换的双波长锁模实验，双波长脉冲??的最大输出能量为２５．７６?ｎＪ，重复频率为２．４９９?ＭＨｚ。??Ｏｕｔｐｕｔ?ｐｏｒｔ??ｃ（？ｌｌｉｎｉａｆｃ？ｒ?２?＾?＾?１??）Ｊ１?，ＪＡ?ＰＢＳ?ｔＪ４??ＰＰＹ?，?ＳＭ?Ｖｂ－ｄｏｐｅｄ?ｆｉｂｅｒ?ＳＭ?ｆｉｂｅｒ??⑥?？幻Ｊ??ＷＤＭ?Ｐｕｍｐ??ｄｉｏｄｅ??图１?－３使用相移长周期光纤光栅作为光谱滤波器的被动锁模ＹＤＦＬ??２０１２年，Ｘｉａｏ－ＨｕｉＬｉ等人报道了利用单壁碳纳米管薄膜作为可饱和吸收体，实现了??波长可调谐锁模ＹＤＦＬ［２５Ｉ，如图１－４所示，将单壁碳纳米管夹在两个光纤端面中间制成??“三明治”结构作为可饱和吸收体。在腔内加入一段ＨＩ１０６０光纤，并盘在光纤盘上提高??谐振腔的双折射效应，通过调节偏振控制器（ＰＣ）实现了锁模波长在１０２５?ｎｍ？１０３７ｎｍ??之间的调谐，谱宽在１．１?ｎｍ到２．４?ｎｍ之间可调，重复频率为９．４４?ＭＨｚ，脉冲宽度可在??３００ｐｓ？３４６ｐｓ之间调谐，输出功率为１．１?ｍＷ，相应的单脉冲能量为
【参考文献】：
期刊论文
[1]色散管理掺铥光纤激光器高能量脉冲的产生[J]. 赵铭,王天枢. 应用光学. 2019(04)
[2]高功率超快光纤激光器研究进展[J]. 余霞,罗佳琪,肖晓晟,王攀. 中国激光. 2019(05)
[3]基于数字微镜器件的可调谐掺铒光纤激光器[J]. 张策,陈根祥,高云舒,于超,吕敏,陈笑,张倩,王义全. 激光与光电子学进展. 2018(07)
[4]基于数字微镜器件的多通道C波段可调谐光纤激光器[J]. 艾琪,陈笑,田淼,颜玢玢,宋菲君,陈根祥,桑新柱,王义全. 光学学报. 2014(04)
[5]DMD光栅的衍射特性及其在可调谐激光中的应用[J]. 陈笑,颜玢玢,宋菲君,王义全,肖峰,Kamal Alameh. 光学学报. 2012(07)
[6]数字微镜器件动态红外场景投影技术[J]. 陈建华,朱明,黄德天. 中国光学与应用光学. 2010(04)
[7]激光的应用现状与发展趋势[J]. 王忠生,王兴媛,孙继凤. 光机电信息. 2007(08)
[8]掺镱双包层光纤激光器及其泵浦耦合技术[J]. 姚建铨,任广军,张强,王鹏. 激光杂志. 2006(05)
[9]高功率光纤激光器的应用与展望[J]. 张军,潘玉寨,胡贵军,张亮,王立军. 半导体光电. 2003(04)
博士论文
[1]拓扑绝缘体及其他二维材料的可饱和吸收特性研究[D]. 王祎然.山东大学 2019
[2]石墨烯类材料锁模光纤激光器及非线性脉冲动力学的研究[D]. 程昭晨.北京工业大学 2017
[3]全光纤超短脉冲激光器锁模机理及实验研究[D]. 段利娜.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2016
硕士论文
[1]1.5μm掺铒超短脉冲锁模光纤激光器的研究[D]. 林启蒙.西北大学 2018
[2]基于八字腔的保偏掺镱锁模光纤激光器研究[D]. 石宇航.北京工业大学 2018
[3]金纳米粒子调控光纤激光器脉冲特性的研究[D]. 袁雪.哈尔滨工业大学 2018
[4]数字微镜器件的光学衍射特性及其应用研究[D]. 陈瀛.中央民族大学 2016
[5]高调制深度饱和吸收体被动锁模光纤激光器的研究[D]. 夏晶.湖南大学 2015
[6]基于数字微镜芯片的无模光刻微加工技术研究[D]. 丁翔宇.中国科学技术大学 2014
[7]非线性偏振旋转锁模光纤激光器中的孤子研究[D]. 曾东彪.电子科技大学 2013
[8]非线性偏振旋转锁模光纤激光器的理论研究[D]. 付思.北京交通大学 2013
[9]基于NALM的被动锁模光纤激光器技术研究[D]. 吴黎舒.北京交通大学 2013
本文编号：3537249
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