鎖模光纖激光器性能提升的新機(jī)理新技術(shù)的研究.pdf

1、本論文詳細(xì)推導(dǎo)了廣義非線性薛定諤方程，以該方程為理論工具，采用分步傅里葉方法數(shù)值模擬了全固光子帶隙鎖模光纖激光器的多種運(yùn)轉(zhuǎn)方式和腔型結(jié)構(gòu)，并討論了其相關(guān)運(yùn)轉(zhuǎn)特性。對(duì)全正色散鎖模光纖激光器的濾波機(jī)制展開(kāi)了一系列的理論與數(shù)值研究，在實(shí)驗(yàn)上搭建了線型腔和環(huán)形腔的全正色散被動(dòng)鎖模光纖激光器，驗(yàn)證了數(shù)值模擬的結(jié)果。為提升鎖模光纖激光器的性能提供了一種新的機(jī)理和新的技術(shù)。主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)部分：
　　 第一，針對(duì)全固光子帶隙增益光纖集

2、增益、負(fù)色散、非線性于一體的特性，數(shù)值構(gòu)建了幾種不同腔型結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制的被動(dòng)鎖模光纖激光器，通過(guò)數(shù)值模擬詳細(xì)討論了各激光器運(yùn)轉(zhuǎn)特性以及其與各種控制參量的關(guān)聯(lián)特性：1.采用單根光子帶隙增益光纖構(gòu)建一個(gè)線型腔的鎖模激光器，腔內(nèi)沒(méi)有采用任何提供正色散的光纖器件，通過(guò)縮短光纖的長(zhǎng)度，可以獲得重復(fù)頻率高達(dá)500MHz的孤子鎖模序列。2.構(gòu)建了環(huán)形腔的鎖模激光器，采用NPE鎖模，得到了脈沖寬度為224fs的傅里葉變換極限的孤子脈沖，重復(fù)頻率約200

3、 MHz。3.構(gòu)建了一種環(huán)形腔的自相似鎖模激光器。數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，在該激光器中，單模光纖長(zhǎng)度的改變對(duì)脈沖特性的影響較大，通過(guò)選擇合適的單模光纖長(zhǎng)度，可以得到近似拋物線的脈沖和頻譜，即實(shí)現(xiàn)自相似鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)。4.提出了一種弱呼吸型的環(huán)形腔鎖模激光器。為了使激光器能在高啁啾下運(yùn)轉(zhuǎn)，在模型中采用了一種高斯型的濾波元件，并討論了濾波帶寬對(duì)激光器運(yùn)轉(zhuǎn)特性的影響，獲得了維持最佳脈沖特性的濾波帶寬參數(shù)。5.色散管理型孤子激光器內(nèi)較高的三階色散會(huì)使脈沖形狀嚴(yán)

4、重畸變，通過(guò)將濾波器引入該類(lèi)激光器使脈沖質(zhì)量得到了明顯的改善，同時(shí)也窄化了脈沖寬度。6.在10 nm增益帶寬的限制條件下，討論了全固光子帶隙增益光纖中三階色散對(duì)提高脈沖能量、窄化脈沖寬度的“正面作用”。
　　 第二，重點(diǎn)討論了頻譜濾波帶寬和濾波位置對(duì)全正色散光纖激光器中高啁啾脈沖整形過(guò)程的影響，并系統(tǒng)研究了濾波帶寬、濾波位置、輸出位置及輸出耦合比四個(gè)參數(shù)對(duì)激光器運(yùn)轉(zhuǎn)特性的綜合影響，給出了激光器中最佳的濾波位置和輸出位置，同時(shí)優(yōu)化

5、了濾波帶寬和輸出耦合比，使激光器在給定泵浦條件下可以得到最高的脈沖能量和峰值功率。在全正色散光纖激光器中，對(duì)四個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)的綜合作用，特別是關(guān)于濾波器位置效應(yīng)的系統(tǒng)研究還未見(jiàn)報(bào)道。這項(xiàng)工作對(duì)構(gòu)建高能量和高峰值功率的全正色散光纖激光器具有指導(dǎo)意義。
　　 第三，實(shí)驗(yàn)搭建了一種線型腔的全正色散鎖模光纖激光器。采用SESAM作為鎖模元件和端鏡，采用高反射率、窄帶寬的光纖布拉格光柵作另外一個(gè)端鏡和輸出端。得到了重復(fù)頻率為17.5 MHz的

6、單脈沖序列，輸出平均功率為7.4 mW，單脈沖能量為423 pJ。再將該激光器中50％耦合輸出的信號(hào)放大后得到了平均功率140 mW，單脈沖能量10.4 nJ，脈沖寬度5.53 ps，峰值功率～1.57 kW的脈沖序列。
　　 第四，實(shí)驗(yàn)搭建了一種環(huán)形腔的全正色散鎖模光纖激光器。激光器中接入一個(gè)10 nm帶寬的光纖濾波器，通過(guò)改變?yōu)V波器在腔內(nèi)的位置，發(fā)現(xiàn)了最佳濾波位置是位于增益光纖前面，這與數(shù)值模擬的結(jié)果相吻合，從而驗(yàn)證了在該類(lèi)