被动锁模光纤激光器中的孤子参量调控研究
发布时间：2022-01-19 22:50
超短脉冲激光在工业、军事和医学等领域有非常多的应用,例如激光加工、激光手术、太赫兹波的产生、光学成像和超连续谱的产生等。而被动锁模光纤激光器由于紧凑的结构、低廉的价格、稳定的工作状态以及能产生高质量超短脉冲的特点被广泛地应用于这些领域。本论文对被动锁模光纤激光器中的孤子参量调控进行了研究和分析。通过调整被动锁模光纤激光器的结构和参数,实现了对激光器输出孤子类型、孤子脉冲宽度、孤子中心波长以及孤子间距的调控,论文的主要内容如下:1.在被动锁模的掺铒和掺铥光纤激光器中分别实现了1.55μm和2μm波段传统孤子、展宽脉冲和耗散孤子的输出,并在同一个光纤激光器中实现了传统孤子和展宽脉冲的转换输出。首先,通过搭建负色散、近零色散和正色散的单壁碳纳米管锁模掺铒和掺铥光纤激光器,分别得到了1.55μm和2μm波段三种不同类型的孤子。其次,设计了一个色散略小于零的光纤激光器,并在腔内引入非线性偏振旋转滤波效应,调节腔内的偏振控制器可以改变滤波的带宽进而改变孤子脉冲的展宽因子。当展宽因子足够大时,激光器输出展宽脉冲;当展宽因子足够小时,激光器则输出传统孤子。2.通过色散管理实现了对孤子脉冲宽度的调控,并...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)陕西省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
激光器锁模时输出的脉冲
第1章绪论7纤的交接处被最大限度地展宽，而在正色散光纤和负色散光纤的中间部位被最大限度地压缩[66]。输出脉冲具有较大的脉冲能量和较宽的光谱宽度，但是脉冲的峰值功率较低，输出脉冲具有较大的啁啾。这种啁啾可以通过色散光纤或者光栅等在腔外被压缩从而形成具有超高峰值功率和超短脉宽的脉冲。另外展宽脉冲还具有一个显著的特点，展宽脉冲的光谱非常干净光滑，没有传统孤子的边带，这是由于周期性的色散变化会导致孤子辐射的色散波无法满足相位匹配的条件，不能发生干涉形成孤子边带。图1.2展宽脉冲在光纤激光器内的演化示意图[66]。Figure1.2Theschematicdiagramofevolutionofstretchedpulseinafiberlaser[66].1.2.3.3自相似脉冲2004年，Wise等人得到了在正色散光纤中传输的自相似脉冲[67]。自相似脉冲是一种啁啾的抛物型脉冲，单脉冲能量可到达10nJ。自相似脉冲是腔内光纤的负色散、非线性与掺杂光纤的光谱滤波效应、非线性增益、正色散达到平衡后产生的。自相似脉冲也被称为自相似子（Similaritons），脉冲在腔内传输时一直在展宽避免了脉冲发生分裂[68]-[71]。光纤激光器在腔内色散略大于零时会输出自相似脉冲，由于激光器工作在正色散区域，脉冲在谐振腔内运转时会积累一些线性相移，因此脉冲在传输过程中光谱宽度会增加，并且能够承受更高的脉冲能量而不发生分裂。由于自相似脉冲
被动锁模光纤激光器中的孤子参量调控研究8在光纤中传播时是一直展宽的，不符合孤子脉冲的概念，因此在激光器中还需要一种机制使它重回到孤子状态。这种过渡机制一般是由光谱滤波器来完成，不仅在光谱上还在时域上缩短了脉冲，这是由于高啁啾脉冲的前后沿也对应于光谱上的前后沿，因此在滤除光谱的时候也将脉冲宽度降低。1.2.3.4耗散孤子20世纪90年代，研究人员发现孤子不仅可以存在于守恒的哈密顿系统（Hamiltoniansustem），也广泛地存在于非保守系统中—包含非线性增益和损耗的非线性光学系统，新的孤子概念“耗散孤子”被提出[72]-[74]。耗散孤子可由腔内净色散为正的激光器输出，它不仅需要腔内非线性效应和色散效应达到平衡，还需要腔内的增益和损耗之间达到平衡，其中增益和损耗之间的平衡占据主导作用，如图1.3所示[75]。在保守系统中，孤子的传输方程在给予一套参数后有无数的孤子解，而耗散系统中的传输方程只有一个局部解，因此耗散孤子的能量、光谱以及啁啾是直接由传输方程的参数决定的，而与激光器最初的状态无关[75]。与传统孤子相比，耗散孤子有极高的稳定性，并且耗散孤子还可以承载更高的脉冲能量而不发生分裂。耗散孤子的光谱宽度也远远比传统孤子的大，因此能产生脉宽更短和峰值功率更高的脉冲。图1.3耗散孤子的概念[75]。Figure1.3Theconceptofdissipativesolitons[75].耗散系统中孤子存在的可能性首先由Bélanger等人提出[76]。Akhmediev等人理论模拟了光纤激光器中耗散孤子的形成[77]-[79]。Wise等人首次在实验上实现了1μm耗散孤子的输出[80]。此后，不同波段的耗散孤子也被研究人员不断提出[81]-[83]。与传统孤子相比，耗散孤子的光谱没有典型的边带，它的光谱边缘非常
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用光纤激光器光谱边带效应测量光纤色散[J]. 叶辉,徐文成,罗智超,宋创兴,陈伟成,冯杰,刘颂豪. 光学学报. 2008(07)
[2]2μm光纤激光器的研究进展[J]. 周俊,董淑福,周义建,陈婉,陈国夫. 激光杂志. 2008(03)
[3]孤子光脉冲的产生及其应用研究[J]. 张书敏,温虹,吕福云,左晓雪. 物理学报. 2007(04)
[4]2μm铥（Tm）激光器在生物医学中的应用[J]. 杨昆,任秋实,魏石刚,李万荣. 激光与光电子学进展. 2005(09)
[5]掺铒光纤激光器输出特性的研究[J]. 徐华斌,陈林. 光子学报. 2004(07)
[6]Tm3+离子掺杂氟铝酸盐玻璃红外及上转换光谱性质[J]. 张龙,祁长鸿,林凤英,胡和方. 光学学报. 2002(02)
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
硕士论文
[1]通用雷达接收机建模与实现技术[D]. 秦敏.西安电子科技大学 2005
本文编号：3597710
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)陕西省
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
激光器锁模时输出的脉冲
第1章绪论7纤的交接处被最大限度地展宽，而在正色散光纤和负色散光纤的中间部位被最大限度地压缩[66]。输出脉冲具有较大的脉冲能量和较宽的光谱宽度，但是脉冲的峰值功率较低，输出脉冲具有较大的啁啾。这种啁啾可以通过色散光纤或者光栅等在腔外被压缩从而形成具有超高峰值功率和超短脉宽的脉冲。另外展宽脉冲还具有一个显著的特点，展宽脉冲的光谱非常干净光滑，没有传统孤子的边带，这是由于周期性的色散变化会导致孤子辐射的色散波无法满足相位匹配的条件，不能发生干涉形成孤子边带。图1.2展宽脉冲在光纤激光器内的演化示意图[66]。Figure1.2Theschematicdiagramofevolutionofstretchedpulseinafiberlaser[66].1.2.3.3自相似脉冲2004年，Wise等人得到了在正色散光纤中传输的自相似脉冲[67]。自相似脉冲是一种啁啾的抛物型脉冲，单脉冲能量可到达10nJ。自相似脉冲是腔内光纤的负色散、非线性与掺杂光纤的光谱滤波效应、非线性增益、正色散达到平衡后产生的。自相似脉冲也被称为自相似子（Similaritons），脉冲在腔内传输时一直在展宽避免了脉冲发生分裂[68]-[71]。光纤激光器在腔内色散略大于零时会输出自相似脉冲，由于激光器工作在正色散区域，脉冲在谐振腔内运转时会积累一些线性相移，因此脉冲在传输过程中光谱宽度会增加，并且能够承受更高的脉冲能量而不发生分裂。由于自相似脉冲
被动锁模光纤激光器中的孤子参量调控研究8在光纤中传播时是一直展宽的，不符合孤子脉冲的概念，因此在激光器中还需要一种机制使它重回到孤子状态。这种过渡机制一般是由光谱滤波器来完成，不仅在光谱上还在时域上缩短了脉冲，这是由于高啁啾脉冲的前后沿也对应于光谱上的前后沿，因此在滤除光谱的时候也将脉冲宽度降低。1.2.3.4耗散孤子20世纪90年代，研究人员发现孤子不仅可以存在于守恒的哈密顿系统（Hamiltoniansustem），也广泛地存在于非保守系统中—包含非线性增益和损耗的非线性光学系统，新的孤子概念“耗散孤子”被提出[72]-[74]。耗散孤子可由腔内净色散为正的激光器输出，它不仅需要腔内非线性效应和色散效应达到平衡，还需要腔内的增益和损耗之间达到平衡，其中增益和损耗之间的平衡占据主导作用，如图1.3所示[75]。在保守系统中，孤子的传输方程在给予一套参数后有无数的孤子解，而耗散系统中的传输方程只有一个局部解，因此耗散孤子的能量、光谱以及啁啾是直接由传输方程的参数决定的，而与激光器最初的状态无关[75]。与传统孤子相比，耗散孤子有极高的稳定性，并且耗散孤子还可以承载更高的脉冲能量而不发生分裂。耗散孤子的光谱宽度也远远比传统孤子的大，因此能产生脉宽更短和峰值功率更高的脉冲。图1.3耗散孤子的概念[75]。Figure1.3Theconceptofdissipativesolitons[75].耗散系统中孤子存在的可能性首先由Bélanger等人提出[76]。Akhmediev等人理论模拟了光纤激光器中耗散孤子的形成[77]-[79]。Wise等人首次在实验上实现了1μm耗散孤子的输出[80]。此后，不同波段的耗散孤子也被研究人员不断提出[81]-[83]。与传统孤子相比，耗散孤子的光谱没有典型的边带，它的光谱边缘非常
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用光纤激光器光谱边带效应测量光纤色散[J]. 叶辉,徐文成,罗智超,宋创兴,陈伟成,冯杰,刘颂豪. 光学学报. 2008(07)
[2]2μm光纤激光器的研究进展[J]. 周俊,董淑福,周义建,陈婉,陈国夫. 激光杂志. 2008(03)
[3]孤子光脉冲的产生及其应用研究[J]. 张书敏,温虹,吕福云,左晓雪. 物理学报. 2007(04)
[4]2μm铥（Tm）激光器在生物医学中的应用[J]. 杨昆,任秋实,魏石刚,李万荣. 激光与光电子学进展. 2005(09)
[5]掺铒光纤激光器输出特性的研究[J]. 徐华斌,陈林. 光子学报. 2004(07)
[6]Tm3+离子掺杂氟铝酸盐玻璃红外及上转换光谱性质[J]. 张龙,祁长鸿,林凤英,胡和方. 光学学报. 2002(02)
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
硕士论文
[1]通用雷达接收机建模与实现技术[D]. 秦敏.西安电子科技大学 2005
本文编号：3597710
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