基于光纖飛秒激光技術(shù)的相干合成獲得少周期飛秒脈沖.pdf

1、基于光纖飛秒激光基于光纖飛秒激光技術(shù)技術(shù)的相干合成的相干合成獲得少獲得少周期飛秒脈沖周期飛秒脈沖Generationoffewcyclefemtosecondlaserpulsesviacoherentsynthesisbasedonfemtosecondfiberlasertechnology領(lǐng)域：光學(xué)工程研究生：彭天鐸指導(dǎo)教師：胡明列教授劉博文副教授企業(yè)導(dǎo)師：劉慶京研究員天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一四年十二月摘要少周期飛秒

2、脈沖是目前飛秒激光技術(shù)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)之一，其脈沖寬度僅包含幾個(gè)光學(xué)周期，在分子動(dòng)力學(xué)、強(qiáng)場物理、非線性成像、阿秒科學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。飛秒激光脈沖的相干合成將兩束或者多束高度相干的飛秒脈沖進(jìn)行時(shí)間和空間的疊加，可以實(shí)現(xiàn)任意光譜拼接，同時(shí)實(shí)現(xiàn)能量合束，是產(chǎn)生少周期飛秒激光脈沖的有效手段。光纖飛秒激光器具有結(jié)構(gòu)簡單、長期穩(wěn)定性好、輸出功率高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能夠穩(wěn)定輸出幾十飛秒和數(shù)瓦量級的飛秒脈沖，作為相干合成的脈沖種子源有很大優(yōu)勢

3、。本文提出了基于一臺(tái)光纖飛秒激光器，利用近變換極限基態(tài)孤子與自頻移孤子相干合成產(chǎn)生少周期飛秒激光脈沖的方案，系統(tǒng)研究了飛秒激光脈沖非線性控制、雙路飛秒光相干合成等內(nèi)容：1.利用MATLAB建立了飛秒激光脈沖在光子晶體光纖中的非線性頻率變換以及孤子相干疊加的數(shù)值模型，用數(shù)值方法系統(tǒng)研究了分裂獲得的高階孤子相干合成，獲得了脈沖寬度近7fs（2個(gè)光學(xué)周期）、譜寬近一個(gè)倍頻程的飛秒激光脈沖輸出，驗(yàn)證了基于自頻移孤子的相干合成獲得少周期飛秒脈沖的

4、可行性。2.為了提高自頻移孤子的穩(wěn)定性，提出了利用雙零色散點(diǎn)光子晶體光纖產(chǎn)生自頻移孤子。實(shí)驗(yàn)研究了飛秒激光脈沖在15cm長的雙零色散點(diǎn)光子晶體光纖中非線性頻率變換的動(dòng)力學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)了中心波長1200nm，脈寬34fs的窄脈沖輸出。為了提高輸出孤子脈沖的能量，提出采用全固光子帶隙光纖，由于該種光纖的光子帶隙導(dǎo)光機(jī)理可以提供較大的纖芯面積的同時(shí)保證零色散點(diǎn)的位置，可以大大提高輸出自頻移孤子的能量，而且光子帶隙效應(yīng)可以在一定程度上穩(wěn)定自頻移孤

5、子的中心波長。實(shí)驗(yàn)中利用了一款自行設(shè)計(jì)并拉制的全固光子帶隙光纖實(shí)現(xiàn)了中心波長1150nm，脈寬55fs的高平均功率自頻移孤子輸出。3.雙路飛秒激光相干合成的實(shí)驗(yàn)中，將全固光子帶隙光纖產(chǎn)生的1150nm，55fs的自頻移孤子與1040nm，62fs的基態(tài)孤子相干疊加，獲得了脈寬14fs（包含四個(gè)光學(xué)周期）的少周期量級超短脈沖，平均功率大于30mW。該方案由于采用了全固光子帶隙光纖，提高了輸出自頻移孤子的能量，同時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置簡化，系統(tǒng)穩(wěn)定性很