全纤化超短脉冲掺镱光纤激光器及产生超连续谱的研究

发布时间：2017-07-30 12:25

  本文关键词：全纤化超短脉冲掺镱光纤激光器及产生超连续谱的研究

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【摘要】：超短脉冲光纤激光器具有很多的优势,如体积小巧工作稳定易于维护,系统的热管理机制比较简单,输出的高功率超短脉冲激光具有更好的光束质量,具有相对较高的光光转换效率,以及相对比较低的成本等等,所以它在医疗、军事、工业加工、高速光纤通信、精密计量等领域有着广阔的应用前景。本文对全纤化超短脉冲掺镱激光器进行了系统的理论分析和相应的实验研究,主要包括超短脉冲激光振荡器,全光纤激光放大器,全光纤啁啾脉冲放大器,超连续谱激光源等。本论文主要研究工作和成果如下:1.超短脉冲激光振荡器部分,主要对全光纤皮秒激光振荡器进行了理论和实验研究,同时也对全固态皮秒激光振荡器进行了分析研究。全光纤皮秒激光振荡器,采用了三种被动锁模技术分别进行了研究,第一种是基于光纤SESAM被动锁模技术的全光纤线性腔激光振荡器,最终得到脉冲宽度为4 ps的输出激光,第二种是基于NPR被动锁模技术的全光纤环形腔激光振荡器,首先采用MATLAB数值分析软件,基于非线性薛定谔方程进行了理论模拟分析,接着在理论结果的指导下进行了相应的实验研究,最终得到脉冲宽度为300 ps的激光输出,第三种是基于SESAM/NPR两种锁模技术混合使用得到的全光纤激光振荡器,谐振腔采用的是环形腔结构,最终得到20 ps的脉冲激光输出,同时实验中发现当激光谐振腔较长时,可以实现谐波锁模脉冲的输出,也称为多脉冲锁模激光器;在全固态皮秒激光振荡器中,采用的是SESAM被动锁模技术,激光谐振腔形采用的是类W型单端输出结构,最终实现了平均功率为10.5 W的皮秒脉冲激光输出,并且在实验中第一次观测到了从调Q锁模到连续锁模的完整过程。2.全光纤皮秒激光放大器部分,主要对百瓦级全光纤皮秒激光放大器进行了研究,采用的是MOPA多级放大技术,分别对小芯径10μm的掺镱光纤和大芯径30μm的掺镱光纤进行了研究。首先,对10/130μm的大模场双包层掺镱光纤中产生百瓦级皮秒激光进行了理论和实验研究,理论中通过Fiberdesk模拟软件先进行了数值模拟,然后通过理论指导最终在实验中得到了100 W的平均功率输出的脉冲激光,它的脉冲宽度为430 ps。接着,对大芯径光纤的切割和熔接工艺进行了实验研究,并且通过MOPA放大技术,最终在30/250μm的大模场双包层光纤中实现了平均输出功率为120 W的脉冲激光,它的脉冲宽度为620ps,光光转换效率为83.9%。3.全光纤飞秒啁啾脉冲放大器部分,展宽器部分主要采用单模光纤展宽器,压缩器部分主要采用反射式光栅对和透射式光栅对。采用反射式光栅对的实验中,啁啾脉冲激光放大系统最终输出的压缩脉冲宽度为720 fs,平均输出功率为100 mW;采用透射式光栅对的实验中,首先采用简化啁啾脉冲放大技术,也就是直接将20 ps的信号激光进行放大,省略展宽器部分,然后直接进行压缩,最终得到680 fs的压缩激光,平均输出功率为2.5 W;接着采用传统啁啾脉冲放大技术,使用了一段500 m单模光纤展宽器,将20 ps的信号激光展宽至150 ps,然后进行激光放大,再进行压缩,最终得到613 fs的压缩激光,平均输出功率为6.5 W。4.全光纤超连续谱激光源部分,采用皮秒激光源泵浦非线性光子晶体光纤来产生超连续谱激光,其中非线性光子晶体光纤采用了两种不同空气孔排列的光纤,分别为圆形排列气孔的光子晶体光纤和六边形排列气孔的光子晶体光纤,通过熔接耦合并介入过渡光纤的方式来增大耦合效率,泵浦非线性光子晶体光纤。在圆形排列气孔的光子晶体光纤实验中,最终实现了30 W的超连续谱激光输出,光谱展宽范围从550 nm展宽至1650 nm;六边形排列气孔的光子晶体光纤实验中,最终实现了36 W的超连续谱激光输出,光谱展宽范围从500 nm展宽至1700nm;同时我们对采用的非线性光子晶体光纤的长度变化,导致超连续谱激光产生特性的变化进行了相关的研究。
【关键词】：全光纤激光振荡器 全光纤MOPA放大器 全光纤啁啾脉冲放大器 非线性光子晶体光纤 超连续谱激光
【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10-28
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 全光纤超短脉冲激光器的研究进展12-24
• 1.3 非线性光子晶体光纤产生超连续谱的研究进展24-26
• 1.4 本论文的主要研究内容26-28
• 第2章 全光纤超短脉冲激光器的理论研究28-44
• 2.1 光纤激光振荡器的理论研究28-33
• 2.1.1 锁模光纤激光器基本原理29-30
• 2.1.2 非线性偏振旋转被动锁模技术30-32
• 2.1.3 可饱和吸收体被动锁模技术32-33
• 2.2 脉冲展宽器理论研究33-34
• 2.3 光纤激光放大器的理论研究34-40
• 2.3.1 泵浦源和光增益34-35
• 2.3.2 增益系数、增益带宽和放大器噪声35-38
• 2.3.3 速率方程38-40
• 2.4 脉冲压缩器理论研究40-42
• 2.5 本章小节42-44
• 第3章 超短脉冲激光振荡器的研究44-68
• 3.1 全光纤NPR锁模激光振荡器的研究44-51
• 3.1.1 全光纤NPR锁模激光器的理论模拟44-48
• 3.1.2 全光纤NPR锁模激光器的实验研究48-51
• 3.2 全光纤SESAM锁模激光振荡器的研究51-54
• 3.3 全光纤SESAM/NPR混合锁模激光振荡器的研究54-59
• 3.3.1 全光纤SESAM/NPR混合锁模激光器的装置及数据结果54-56
• 3.3.2 谐波锁模光纤激光器的研究56-59
• 3.4 10 W级全固态皮秒激光振荡器的研究59-65
• 3.4.1 实验器件的选择59-61
• 3.4.2 激光谐振腔的设计61-62
• 3.4.3 单端输出十瓦级皮秒Nd:YVO4激光振荡器62-65
• 3.5 本章小结65-68
• 第4章 全光纤MOPA激光放大器的研究68-78
• 4.1 100 W全光纤 10/130 μm掺镱激光放大器68-74
• 4.1.1 理论研究68-70
• 4.1.2 实验研究70-74
• 4.2 120 W全光纤 30/250 μm掺镱激光放大器74-77
• 4.2.1 实验装置介绍74-75
• 4.2.2 实验结果分析75-77
• 4.3 本章小结77-78
• 第5章 全光纤飞秒啁啾脉冲放大器的实验研究78-96
• 5.1 全光纤激光振荡器的选择78-79
• 5.2 光纤展宽器的实验研究79-83
• 5.3 反射式光栅对的压缩实验研究83-86
• 5.3.1 反射式光栅参数83
• 5.3.2 反射式光栅对/飞秒啁啾脉冲放大系统83-86
• 5.4 透射式光栅对的压缩实验研究86-93
• 5.4.12.5 W/680 fs全光纤飞秒啁啾脉冲放大器86-90
• 5.4.26.5 W/610 fs全光纤飞秒啁啾脉冲放大器90-93
• 5.5 本章小结93-96
• 第6章 全光纤超连续谱光源的研究96-106
• 6.1 超连续谱产生机理96-97
• 6.2 非线性光子晶体光纤介绍97-98
• 6.3 7 W超连续谱激光源98-99
• 6.4 30 W和 36 W超连续谱激光源99-103
• 6.5 光子晶体光纤长度对超连续谱激光输出特性的影响103-105
• 6.6 本章小结105-106
• 第7章 结论与展望106-110
• 7.1 论文的总结与结论106-108
• 7.2 论文的创新点108-109
• 7.3 后续研究工作的展望109-110
• 参考文献110-120
• 攻读博士学位期间所发表的学术论文120-124
• 致谢124-125

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 冯杰;杜国平;朱瑞兴;黄磊;;自相似超短脉冲光纤激光器研究进展[J];激光与光电子学进展;2011年08期

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本文编号：594264