全光纖超短脈沖激光產(chǎn)生的機(jī)理和新現(xiàn)象的研究.pdf

1、超短脈沖激光技術(shù)在軍事國防，工業(yè)加工，光纖通訊，醫(yī)療，生物化學(xué)方面都有重要的應(yīng)用。具體也可以應(yīng)用于飛秒微加工領(lǐng)域，光學(xué)層析顯微，以及超連續(xù)譜的產(chǎn)生等方面。而全光纖超短脈沖的產(chǎn)生相比于傳統(tǒng)固體鎖模激光技術(shù)有顯著的優(yōu)點(diǎn)，例如光纖激光器體積小，易于集成，對環(huán)境不敏感，相對穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)，免調(diào)試。輸出功率性能已經(jīng)可以與傳統(tǒng)固體激光器相比擬。產(chǎn)生超短脈沖的一個(gè)重要的方法就是鎖模技術(shù)。鎖模也分為主動(dòng)鎖模和被動(dòng)鎖模技術(shù)。本文主要研究被動(dòng)

2、鎖模的機(jī)理，新方法及新現(xiàn)象，也重點(diǎn)開展了新材料作為可飽和吸收體在鎖模光纖激光器方面的研究。
　　本文的主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1.通過對1.5μm的全光纖負(fù)色散鎖模光纖激光器的研究，得到光譜寬度7.5 nm，脈沖寬度658 fs近變換極限的孤子脈沖。通過理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，得到了凈色散為負(fù)的孤子脈沖的一系列特性。在特定偏振狀態(tài)和泵浦功率下可以產(chǎn)生束縛態(tài)脈沖，也叫孤子分子，從數(shù)值模擬上研究了孤子分子的演化特性。對穩(wěn)定孤

3、子分子和非穩(wěn)態(tài)孤子分子運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域也做了理論模擬，從理論上實(shí)現(xiàn)了孤子脈沖時(shí)間的間隔可控性。實(shí)驗(yàn)中在總色散為負(fù)的色散管理激光腔中能得到脈沖間距可調(diào)的大間距雙脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這個(gè)既不同于諧波鎖模的等間隔特性，也不同于穩(wěn)定的束縛態(tài)孤子，因而我們命名為準(zhǔn)束縛態(tài)。
　　2.對于負(fù)色散的脈沖激光已經(jīng)研究很多，而對于極大色散區(qū)域的脈沖研究相對較少?；诖?，我們通過增加諧振腔長度，研究了極大色散區(qū)域的脈沖特性以及演化規(guī)律。重點(diǎn)對700 m腔長的無波分裂

4、脈沖進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)脈沖寬度隨泵浦功率增加而增大，而峰值功率不發(fā)生變化，從而證明了Chang等人提出的負(fù)色散區(qū)域存在耗散孤子諧振現(xiàn)象的理論預(yù)言。
　　3.在1μm區(qū)域，重點(diǎn)研究了“8”字型腔光纖激光器的運(yùn)轉(zhuǎn)特性和脈沖產(chǎn)生特性?？梢缘玫街行牟ㄩL20 nm調(diào)諧范圍的鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。研究了正色散區(qū)域的耗散型脈沖隨泵浦功率增加的特性。脈沖遠(yuǎn)離變換極限，脈沖寬度在百皮秒量級。發(fā)現(xiàn)大啁啾脈沖能夠容忍較高的非線性。在更大范圍內(nèi)，隨功率增加不會(huì)出現(xiàn)脈

5、沖分裂。為實(shí)現(xiàn)高能量無波分裂脈沖提供重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　4.重點(diǎn)對環(huán)形光纖激光器進(jìn)行了研究，能夠分別得到類矩形光譜和鐘型光譜的耗散型脈沖，脈沖寬度在十幾個(gè)皮秒量級。通過利用頻率分辨光學(xué)門（FROG）測量可知脈沖啁啾為線性。通過利用光柵對對脈沖壓縮，可以得到102 fs的輸出結(jié)果，是目前1μm波段全光纖諧振腔全正色散腔外壓縮的最好結(jié)果。
　　5.進(jìn)一步利用線性色散相同介質(zhì)對類矩形脈沖進(jìn)行展寬可以得到納秒級平頂鎖模脈沖。利用頻

6、域和時(shí)域的嚴(yán)格傅里葉變換關(guān)系，可以通過對頻域光譜整形進(jìn)而控制時(shí)域脈沖形狀，得到耗散型納秒級脈沖可整形寬帶光源。
　　6.首次利用單壁碳納米管在1μm區(qū)域?qū)崿F(xiàn)波長可調(diào)諧和波長可切換鎖模。研究發(fā)現(xiàn)存在兩種機(jī)理促使波長可調(diào)諧。隨泵浦功率增加實(shí)現(xiàn)波長可調(diào)諧鎖模，改變腔內(nèi)偏振態(tài)可以實(shí)現(xiàn)波長可切換鎖模。
　　7.利用啁啾光纖光柵以及長的光纖諧振腔實(shí)現(xiàn)1μm處光纖激光器的極大負(fù)色散和極大正色散的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。在極大負(fù)色散下光纖激光器可以運(yùn)轉(zhuǎn)在