高功率高能量全光纖鎖模激光器及其倍頻研究.pdf

1、光纖激光器憑借其在結(jié)構(gòu)和性能上的雙重優(yōu)勢，吸引了眾多學(xué)者的深入研究。在原理和技術(shù)上，近些年均取得了突破性的發(fā)展。作為脈沖激光器的一種，鎖模光纖激光器，由于可以產(chǎn)生超短脈沖（ps甚至fs），近些年備受關(guān)注，其主要發(fā)展方向有高功率和高能量。這兩個方向上，光纖激光器都不可避免的遇到一個問題:由于光纖激光器內(nèi)脈沖的傳輸集中在一個較小的纖芯截面上(直徑一般小于10μm)，高功率和高能量都將帶來較高的功率密度，從而引發(fā)強(qiáng)烈的非線性效應(yīng)，最終導(dǎo)致脈沖

2、分裂。為了提高激光器的性能，目前主要的兩個方案，一是增加模場面積，使脈沖功率和能量分布在更大面積上，從而減弱非線性效應(yīng);另一個就是基于腔改進(jìn)，也近些年研究的熱點(diǎn):大正常色散和全正常色散激光器。通過引入大正常色散來不斷展寬脈沖，從而降低脈沖的峰值功率，最終減弱非線性作用影響。結(jié)合這兩個方案，目前單脈沖能量已能達(dá)到μJ水平，而平均功率可達(dá)近千瓦水平。本文即是圍繞著全正常色散腔的摻鐿光纖激光器和大正常色散的摻鉺光纖激光器展開。文中針對此類激光

3、腔，提出了一種腔優(yōu)化方案，一方面顯著減弱了激光腔內(nèi)的非線性，另一方面有利于提升輸出脈沖能量。最終，我們使用所得高能量脈沖進(jìn)行了相應(yīng)的倍頻實(shí)驗(yàn)。
　　本文的主要研究工作及成果有:
　　1.基于光脈沖在光纖中時域特性的研究，對通過引入大色散實(shí)現(xiàn)高能量脈沖的理論模擬進(jìn)行了試驗(yàn)研究。
　　2.研究了基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的全正常色散全光纖摻鐿被動鎖模激光器，提出了一種腔結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，包括泵浦方式，輸出位置，放大器后光纖長度和輸

4、出耦合比等參數(shù)優(yōu)化。獲得了輸出能量隨輸出耦合比正相關(guān)增長的關(guān)系。在較高的輸出耦合比95％時，獲得了460mW的平均功率，單脈沖能量達(dá)350nJ。
　　3.研究了全正常色散腔的摻鐿激光器輸出能量和腔長的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)采用了高達(dá)90％的耦合比輸出，以減少腔內(nèi)非線性。在320mW泵浦功率，2Km長的超低重頻激光器中，獲得了1.1μ J的單脈沖能量。
　　4.研究了基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的摻鉺全光纖激光器，并對其腔結(jié)構(gòu)作了相似的優(yōu)化。在

5、大正常色散區(qū)，結(jié)合使用高耦合比和放大器后短光纖，在95％的耦合比時，獲得了250mW的平均功率。同時，通過減短提供正常色散的摻鉺光纖，調(diào)諧腔內(nèi)凈色散在較小值，結(jié)合小耦合比輸出，獲得了3dB帶寬58nm的寬光譜鎖模脈沖。
　　5.基于所得的中心波長在1560nm高能量鎖模脈沖，利用波導(dǎo)結(jié)構(gòu)PPLN，獲得了780nm倍頻光，并提出一種全光纖結(jié)構(gòu)的倍頻方案。
　　本論文的主要創(chuàng)新點(diǎn):
　　1.提出并驗(yàn)證了一種普適于大正常色散

6、激光器的腔優(yōu)化方案。通過提高輸出耦合比，并減少放大器后光纖長度，實(shí)現(xiàn)了腔內(nèi)非線性的減弱和腔外輸出能量的提升。在95％高耦合比輸出時，獲得了單模激光器最高平均功率460mW，單脈沖能量354nJ也是非超長腔鎖模激光器中最高。
　　2.基于超長腔全正常色散被動鎖模激光器，獲得了超過1μJ的能量輸出。
　　3.基于色散調(diào)諧的寬光譜摻鉺激光器，提出耦合比優(yōu)化方案，在小凈色散腔結(jié)合使用小耦合比輸出，獲得了3dB帶寬58nm寬光譜輸出。