基频-拉曼复合孤子脉冲光纤激光器的研究

论文摘要

随着人们对光纤激光器研究的深入,高功率、高能量的超短脉冲成为目前研究的前沿问题。但是随着脉冲能量的增加,光纤中显著的受激拉曼散射等非线性效应成为限制脉冲能量稳定和提高的主要因素。如果不是抑制受激拉曼散射,而是通过提高拉曼增益,增大基频孤子脉冲向拉曼脉冲的能量转移,实现基频-拉曼复合孤子脉冲输出,这将是一种实现高能量孤子脉冲的简单而有效的解决方案。本文在非线性光纤环形镜（Nonlinear Optical Loop Mirror,缩写NOLM）锁模掺镱光纤激光器的基础上,理论与实验相结合,研究了在强受激拉曼散射的影响下基频孤子脉冲的演化过程,实现了基频-拉曼复合孤子脉冲输出。主要研究内容如下:在理论方面,我们以广义非线性薛定谔方程为理论基础,引入增益饱和模型和可饱和吸收体锁模模型,通过分步傅里叶算法仿真模拟了在强受激拉曼散射影响下,锁模光纤激光器腔内基频孤子脉冲的演化。在获得稳定耗散孤子锁模脉冲的基础上,逐渐增加腔内拉曼增益,发现孤子脉冲的稳定性逐渐下降,同时在基频孤子脉冲的前沿出现拉曼脉冲,通过改变腔长、拉曼增益和饱和吸收特性参数,我们发现基频脉冲和拉曼脉冲相互影响,存在一个临界的条件,使得两者同时满足腔内增益和损耗、色散和非线性的平衡而稳定存在。在实验方面,我们首先建立了基频NOLM锁模掺镱光纤激光器,实现了基频脉冲输出,研究了NOLM环长度对基频脉冲相关特性的影响,实现了耗散孤子谐振锁模脉冲输出,脉冲宽度随泵浦功率的增加而线性增加,峰值功率基本保持不变。在短的NOLM环长度,增大泵浦功率时,初步实现了基频-拉曼耗散孤子谐振锁模脉冲输出。为了进一步增大腔内的非线性,我们在腔内引入95m的高非线性光纤,进一步增大腔内拉曼增益,研究不同NOLM环下的锁模激光输出特性。实验发现,当NOLM环长度为240 m时,可以实现稳定的孤子束脉冲输出,孤子束的宽度随泵浦功率的增加而线性增加,峰值功率保持不变,同样处于耗散孤子谐振状态。光谱测试发现,激光脉冲产生了一阶斯托克斯拉曼光,增大泵浦功率,相继出现二阶斯托克斯拉曼光。缩短NOLM环的长度,产生更强烈的受激拉曼散射,此时,光谱中出现更高阶斯托克斯光,但脉冲稳定性逐渐下降,脉冲的重复周期降低,与腔长不再匹配,脉冲的平均输出功率明显增强。本文通过理论与实验相结合,研究了在强受激拉曼散射的影响下基频孤子脉冲的演变。研究发现,受激拉曼散射会使得基频脉冲的稳定性降低,限制了高能量脉冲的稳定,通过提高拉曼增益,增强基频孤子脉冲能量向拉曼脉冲能量转移,可以形成基频-拉曼复合孤子脉冲,其脉冲峰值功率更高,脉冲更窄,且具有更宽的光谱。本论文研究内容对于理解锁模脉冲激光器腔内的非线性动力学过程及脉冲行为具有重要的意义,这种宽光谱、高峰值功率的激光脉冲在激光遥感探测、工业加工、宽光谱检测技术等方面具有广泛的应用前景。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨立新

导师: 潘玉寨

关键词: 拉曼光纤激光器,基频拉曼复合孤子脉冲,锁模,非线性薛定谔方程,受激拉曼散射

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: TN248

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.005139

总页数: 85

文件大小: 5019k

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