被动锁模光纤激光器中非线性脉冲动力学的研究

发布时间：2017-03-27 23:00

  本文关键词：被动锁模光纤激光器中非线性脉冲动力学的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超短脉冲光纤激光器已逐渐应用于激光通信、光纤传感、精密加工、生物医疗、国防军事等领域,同时也是非线性光学等理论研究的前沿课题,已成为国家战略和高端工业产业的核心技术之一。近年来,利用非线性脉冲动力学对超短脉冲光纤激光器的运转机制进行研究引起了学术上的广泛关注。不同工作波段的掺镱、掺铒和掺铥光纤激光器中的非线性脉冲动力学过程各有其特点,通过实验和理论模拟可以详尽且系统地对被动锁模光纤激光器中稳态脉冲的整形机理进行研究。实验和理论研究证实了超长谐振腔被动锁模掺镱光纤激光器中巨啁啾脉冲的产生,阐述了耗散机制与稳态脉冲之间的关系;报道了色散管理掺铒光纤激光器中的非线性脉冲动力学特性,明确了谐振腔中脉冲的整形机理;搭建了高重复频率、高脉冲能量的半导体可饱和吸收镜锁模掺铥光纤激光器,进一步提出了搭建高性能掺铥光纤激光器的新方案。本论文主要研究工作包括:1.被动锁模掺镱光纤激光器中的耗散孤子从实验和理论上详细研究了全正色散掺镱光纤激光器中耗散孤子的形成机理,并将耗散理论扩展到色散管理腔中,利用空芯光子晶体光纤在1μm处负群速度色散的特性,从理论上分析了色散管理掺镱光纤激光器输出耗散孤子参数与谐振腔净色散值之间的关系。实验中利用非线性偏振旋转锁模技术在2000 m长的掺镱光纤激光器中得到了稳定的巨啁啾脉冲,研究了受激喇曼散射对耗散孤子产生的影响;利用数值模拟讨论了巨啁啾脉冲的相位信息与频率啁啾的可补偿特性,从理论上分析了超长腔被动锁模光纤激光器中稳态脉冲产生的机理和限制条件。在实验上研究了被动锁模掺镱光纤激光器中输出脉冲随泵浦功率增加逐渐展宽的耗散孤子共振现象,利用扩展的非线性薛定谔方程,对耗散孤子共振现象进行了理论探究,对实验现象做出了合理的分析与解释。2.被动锁模掺铒光纤激光器中的非线性脉冲动力学从实验和理论上研究了色散管理掺铒光纤激光器中的非线性脉冲动力学特性。利用在1.5μm处正群速度色散特性的色散补偿光纤,对掺铒光纤激光器进行色散管理,报道了色散管理掺铒光纤激光器中不同净群速度色散值下脉冲的产生机理,将腔内各个元器件模块化,利用合理的物理模型,描述了掺铒光纤激光器中脉冲的演化特性。实验中在同一台色散管理掺铒光纤激光器中通过调节参数分别得到两种不同演化特性的耗散孤子,激光腔中的光谱滤波效应为耗散孤子在同一谐振腔中的转换提供了必要条件。色散管理谐振腔中存在的多个非线性波让我们对不同脉冲的动力学特性有了更好的理解,同时使我们能更深入地研究扩展的非线性薛定谔方程所描述的耗散系统。3.被动锁模掺铥光纤激光器从实验和理论上对被动锁模掺铥光纤激光器中脉冲形成机理做了详细地研究。搭建了一台半导体可饱和吸收镜锁模的掺铥光纤激光器,重复频率高达108MHz,可直接输出712 fs超短脉冲,单脉冲能量为0.65 nJ。将耗散理论扩展到2μm被动锁模掺铥光纤激光器中,利用数值模拟研究了色散管理掺铥光纤激光器中耗散孤子的形成。通过加入合适的光谱滤波器,在谐振腔不同输出位置分别得到高斯型脉冲和抛物线型脉冲,这极大地丰富了掺铥锁模光纤激光器中非线性脉冲动力学的研究内容,带有线性啁啾的抛物线型脉冲形成机理给高性能掺铥光纤激光器的研制提供了可靠并极具吸引力的理论指导。
【关键词】：光纤放大器与振荡器 锁模激光器 非线性动力学 超短脉冲
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-40
• 1.1 研究背景10-26
• 1.1.1 脉冲在光纤中的传输理论10-16
• 1.1.2 光纤中的色散和非线性效应16-20
• 1.1.3 有源光纤的增益特性20-23
• 1.1.4 有源光纤的数值模拟23-26
• 1.2 被动锁模光纤激光器26-37
• 1.2.1 激光器的锁模机理27-28
• 1.2.2 非线性脉冲动力学研究现状28-37
• 1.3 论文主要研究工作与创新点37-40
• 第2章 掺镱光纤激光器中的耗散孤子40-70
• 2.1 被动锁模掺镱光纤激光器41-51
• 2.1.1 被动锁模掺镱光纤激光器的理论研究41-46
• 2.1.2 耗散机制46-49
• 2.1.3 被动锁模掺镱光纤激光器的实验研究49-51
• 2.2 色散管理掺镱光纤激光器51-55
• 2.3 超长腔被动锁模掺镱光纤激光器55-62
• 2.3.1 超长腔掺镱光纤激光器的实验研究56-60
• 2.3.2 超长腔掺镱光纤激光器的理论研究60-62
• 2.4 耗散孤子共振现象62-68
• 2.4.1 耗散孤子共振现象的实验研究63-65
• 2.4.2 耗散孤子共振现象的理论研究65-68
• 2.5 本章小结68-70
• 第3章 掺铒光纤激光器中的脉冲演化70-84
• 3.1 孤子锁模掺铒光纤激光器70-74
• 3.2 展宽脉冲掺铒光纤激光器74-77
• 3.3 耗散孤子掺铒光纤激光器77-82
• 3.4 本章小结82-84
• 第4章 被动锁模掺铥光纤激光器84-102
• 4.1 孤子锁模掺铥光纤激光器84-87
• 4.2 色散管理掺铥光纤激光器87-97
• 4.3 自相似孤子掺铥光纤激光器97-101
• 4.4 本章小结101-102
• 第5章 结论及展望102-104
• 5.1 论文工作总结102-103
• 5.2 后续研究工作展望103-104
• 参考文献104-114
• 攻读博士学位期间所发表的学术论文114-116
• 致谢116-117

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨青,俞本立,甄胜来,孙志培,吴海滨;光纤激光器的发展现状[J];光电子技术与信息;2002年05期

2 朱万彬,潘玉寨,杨庆鑫,王立军;光纤激光器的发展[J];光机电信息;2002年04期

3 晓晨;2002年光纤激光器研究与应用最新进展研讨会[J];激光与光电子学进展;2002年08期

4 谭中伟,傅永军,刘艳,宁提纲,裴丽,简水生;光纤激光器研究和进展[J];现代有线传输;2002年01期

5 谭中伟,刘艳,傅永军,宁提纲,裴丽,简水生;光纤激光器的混沌现象分析[J];中国激光;2003年04期

6 ;光纤激光器[J];光机电信息;2003年06期

7 宋晓舒;光纤激光器在空军中的应用[J];光机电信息;2003年11期

8 张德龙;具有潜在工业应用前景的光纤激光器[J];光机电信息;2004年03期

9 刘美红;共掺驱动2μm光纤激光器[J];激光与光电子学进展;2004年11期

10 陈晓燕;;光纤激光器的发展与应用[J];电子元器件应用;2004年11期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 吴文华;冉洋;熊松松;陈鑫;;光纤激光器的医疗应用研究[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集（上册）[C];2009年

2 陈晓燕;;光纤激光器的发展与应用[A];中国电子学会第十三届电子元件学术年会论文集[C];2004年

3 曲宙;李秋实;曲伟;赵崇光;;浅析高功率光纤激光器的应用[A];科技创新与节能减排——吉林省第五届科学技术学术年会论文集（上册）[C];2008年

4 闫大鹏;李成;李立波;刘晓旭;;大功率光纤激光器的产业化国产化解决方案[A];科技引领产业、支撑跨越发展——第六届湖北科技论坛论文集萃[C];2011年

5 刘俊刚;罗君;欧代永;;光纤激光器的发展动态和应用前景[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年

6 王志华;;光纤激光器应用综述[A];上海市激光学会2005年学术年会论文集[C];2005年

7 侯静;肖瑞;陈子伦;张斌;;3路光纤激光器阵列相干合成输出[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

8 刘艳格;董孝义;袁树忠;开桂云;刘波;付圣贵;王志;;全光纤激光器与放大器研究(特邀)[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

9 季恒;杨四刚;尹飞飞;谢世钟;;一种基于等效相移的新型双波长光纤激光器[A];全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集[C];2007年

10 刘雪明;;光克尔效应的能量自稳定理论及在光纤激光器的应用[A];全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 戴劲松;具有国际先进水平的光纤激光器问世[N];大众科技报;2007年

2 记者 涂亚卓　通讯员 廖巧玲 实习生 余笑寒;高性能光纤激光器开发成功[N];湖北日报;2008年

3 戴劲松;我国自主研发高性能光纤激光器打破国际垄断格局[N];大众科技报;2008年

4 本报记者 胡Z，

本文编号：271232