方波脈沖輸出的被動鎖模光纖激光器研究.pdf

1、光纖激光器以其結構緊湊、經(jīng)濟實用、增益特性好、轉換效率高、閾值低以及穩(wěn)定性高等優(yōu)點而吸引了廣泛且深入的研究，在如光學頻率梳、光纖傳感、激光加工等科研和工業(yè)生產(chǎn)領域得到了大量的應用。光纖激光器中的傳統(tǒng)色散孤子通常工作在反常色散區(qū)，利用腔內反常色散和非線性效應的平衡實現(xiàn)脈沖的穩(wěn)定。然而受孤子面積理論限制，色散孤子的能量通常限制在0.1nJ左右，更大的脈沖能量將導致光波分裂。近年來，工作于正常色散區(qū)的耗散孤子脈沖光纖激光器引起了研究者的極大興

2、趣。耗散孤子脈沖的建立依賴于激光器系統(tǒng)的增益和損耗的平衡，因為物理規(guī)律不同而突破了色散孤子光纖激光器中的能量限制，因此基于耗散孤子脈沖的研究對于光纖激光器而言具有深遠的實際意義和廣闊的應用前景。本論文的工作主要圍繞一種新型的耗散孤子光纖激光器——被動鎖模方波脈沖光纖激光器展開研究。這種新型光纖激光器具有頂部平坦、前后沿陡峭的輸出脈沖，當增大泵浦時單脈沖能量隨泵浦功率線性地增大而輸出脈沖仍保持方形。本文主要研究了這種方波脈沖的形成機制，脈

3、沖峰值功率、脈沖寬度以及光譜等激光輸出特性與諧振腔參數(shù)之間的關系。
　　具體研究內容如下:
　　1.實驗研究了8字腔結構被動鎖模光纖激光器中方波脈沖脈寬及峰值功率與腔參數(shù)的關系，采用雙泵浦的8字腔結構光纖激光器首次獲得了脈寬在5.6～30.4ns，峰值功率從4.5W到8.3W的范圍內獨立連續(xù)可調的方波脈沖，并使用非線性薛定諤方程從理論上分析了這種方波脈沖的產(chǎn)生機理，從增益飽和效應的角度討論了方波脈沖的脈寬調諧以及峰值功率調諧

4、的現(xiàn)象。
　　2.實驗研究了1.5μm波段方波脈沖斬波后的光譜變化，通過觀察在方波脈沖不同部位斬波后的光譜結果分析了方波脈沖的啁啾特性，對已有的方波脈沖斬波實驗研究進行了補充。
　　3.研究了1.0μm波段8字腔結構方波脈沖光纖激光器的光譜特性，提出了兩種在1.0μm波段8字腔結構的光纖激光器中獲得寬光譜方波脈沖的方法。其中，引入大色散的方法可得到脈寬在百納秒量級可調、3dB譜寬接近1nm的較寬光譜方波脈沖;引入非線性效應的

5、方法得到脈寬在十納秒量級可調，3dB譜寬約2.4nm，頂部平坦且穩(wěn)定，前后沿陡峭的方波脈沖。
　　4.采用雙光束干涉的方法研究了不同激光器輸出的相干特性。發(fā)現(xiàn)了1.0μm波段窄光譜方波激光器與1.0μm波段較寬光譜方波激光器輸出脈沖在相干特性上的差異，并使用非線性薛定諤方程從理論上分析了這兩種方波脈沖相干性不同的內在原因，揭示了1.0μm波段寬光譜方波與窄光譜方波不同的形成過程。
　　5.針對被動鎖模光纖激光器自啟動困難、意

6、外丟失鎖模狀態(tài)后無法自動找回鎖模狀態(tài)的問題，設計并搭建了具有激光器狀態(tài)監(jiān)測、穩(wěn)定鎖模狀態(tài)識別和自動尋找鎖模狀態(tài)功能的被動鎖模光纖激光器反饋控制系統(tǒng)。
　　本論文的主要創(chuàng)新點:
　　1.提出了一種新型的雙泵浦結構8字腔光纖激光器，首次獲得了脈沖寬度與峰值功率均可調諧的方波脈沖。并通過數(shù)值模擬分析了這種方波脈沖的產(chǎn)生機理，從增益飽和效應的角度解釋了方波脈沖的脈寬調諧以及峰值功率調諧的現(xiàn)象。
　　2.實驗研究了方波脈沖光纖激