鎖模光纖激光系統(tǒng)產(chǎn)生高功率高能量飛秒脈沖的研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各種應(yīng)用對更高單脈沖能量的超短脈沖光纖鎖模激光器提出了要求。基于摻鐿(Yb)大模場面積光子晶體光纖構(gòu)建高功率高能量激光器是一種非常有效的解決方案,本論文基于上述光纖通過利用光纖中的非線性偏振旋轉(zhuǎn)(NPR)效應(yīng)的等效飽和吸收作用實現(xiàn)被動鎖模,避免了以往半導(dǎo)體飽和吸收鏡易受熱影響而遭到破壞這一不利因素,構(gòu)建成功了幾種能夠直接輸出瓦量級平均功率、對應(yīng)百納焦耳量級單脈沖能量的鎖模光纖激光器,同時對相應(yīng)激光器進行了動力學(xué)過程的

2、研究。另一方面,針對光纖放大系統(tǒng)開展了時間和空間整形的研究,提高了放大系統(tǒng)輸出脈沖的質(zhì)量。本論文的工作可以概括為以下幾個部分。
　　1.簡要介紹了鎖模光纖激光器發(fā)展的歷史,并闡述了鎖模光纖激光器所涉及的各種物理效應(yīng)以及相應(yīng)的求解腔內(nèi)脈沖動力學(xué)過程的數(shù)值計算方法。
　　2.基于高斯光束的ABCD矩陣方法分別設(shè)計了兩種基于多通單元(MPC)的高耦合效率光纖激光諧振腔,且按照理論設(shè)計構(gòu)建了相關(guān)的激光器,實驗結(jié)果非常吻合理論預(yù)期。<

3、br>　　3.利用第2部分設(shè)計的基于MPC的高耦合效率光纖激光諧振腔,分別在正色散域和負色散域內(nèi)成功構(gòu)建了輸出高功率、高脈沖能量的飛秒激光器。其中,在全正色散域內(nèi)所構(gòu)建的耗散孤子鎖模激光器能夠輸出的單脈沖能量高達314 nJ(平均功率4.9 W),腔外壓縮后的脈寬達到75 fs,對應(yīng)峰值功率達到3 MW;進一步基于此進行了腔外脈沖的展譜和壓縮工作,獲得了能量為64 nJ、脈寬為25 fs的脈沖(平均功率1 W),對應(yīng)峰值功率超過2 MW

4、。在負色散域內(nèi)所構(gòu)建的的放大相似子鎖模光纖激光器能夠輸出的單脈沖能量達到137 nJ(平均功率2.1 W),去啁啾后的脈寬達到44 fs,對應(yīng)峰值功率達到了2 MW。
　　4.設(shè)計了一種基于光纖的集成化貝塞爾光束整形器,并以此構(gòu)建了能夠直接輸出貝塞爾脈沖的高能量、高功率光纖放大系統(tǒng)。該系統(tǒng)直接輸出的最高功率達到18.7 W、對應(yīng)脈沖能量為329 nJ的貝塞爾脈沖。通過在系統(tǒng)內(nèi)對種子光進行簡單的濾波整形,能夠獲得非常干凈的去啁啾脈沖