郭波[1]2015年在《基于二维材料非线性效应的多波长锁模光纤激光器研究》文中研究说明多波长锁模光纤激光器由于在许多领域,如光通信、光纤传感、生物医学研究、激光雷达和非线性光学等有着十分重要的应用价值而成为研究热点。目前,实现多波长锁模光纤激光器的方式有主动锁模和被动锁模两种。主动锁模通常需要声光或电光调制器,使得激光器结构复杂,因而不易实现小型化;并且获得的脉冲宽度一般为皮秒量级。与主动方案相比,被动锁模具有更多优点,例如结构简单、输出脉宽更窄以及稳定性好等优点,从而得到广泛研究和应用。可饱和吸收体是被动锁模光纤激光器的核心器件之一。目前,我们常采用半导体可饱和吸收镜作为可饱和吸收体。不过,它需要输出透镜将泵浦光耦合进光纤中,使得光纤激光器的结构变得很复杂且腔内损耗较大。因此,亟需探索新型的可饱和吸收体。近年来,拓扑绝缘体和二维硫化物由于具有巨大的非线性折射率、高的调制深度、低的饱和吸收阈值而引起物理、化学和材料领域研究人员的极大关注。目前,研究人员主要侧重于研究单波长锁模脉冲,而利用这些二维材料同时具有的高非线性来产生多波长锁模脉冲却鲜有涉入。同时,多波长锁模光纤激光器的机理和理论模型有待建立和完善,该激光器也是研究脉冲传输以及非线性动力学演化的理想平台。在本文中,我们利用拓扑绝缘体和二维硫化物的双重功能,即饱和吸收和高非线性,构建了一种多波长锁模光纤激光器,并深入分析了多波长锁模脉冲的形成机理和演化规律。主要内容如下:首先,我们从理论上分析了多波长锁模脉冲的形成机理及影响因素。多波长锁模脉冲的形成源于拓扑绝缘体和二维硫化物的饱和吸收和高非线性及腔内单模光纤的双折射和偏振控制器的偏振相关损耗相结合所产生的滤波效应。在实验上,我们利用拓扑绝缘体Bi2Se3聚乙烯醇溶液和薄膜分别实现了可调谐叁波长锁模和四波长锁模光纤激光激光器。其次,我们利用拓扑绝缘体聚合物薄膜作为锁模器件,获得了两种高脉冲能量的纳秒脉冲并分析了它们的形成机理。第一种为双波长矩形脉冲,其脉冲宽度随泵浦功率的增加在13.62 ns~25.16 ns之间可调,相应的脉冲能量为0.593 nJ~2.824 n J,这远高于传统孤子的脉冲能量(小于0.1 nJ)。实验上,除了基频运转,我们还实现了双波长矩形脉冲的谐波锁模。另一种为双波长混合类台阶-暗孤子脉冲。再次,我们利用拓扑绝缘体聚合物薄膜作为锁模器件,在掺铒光纤激光器的近零色散区首次实现了双波长亮-暗孤子对的基频和高次谐波运转,并分析了它们的形成机理和演化规律。实验上,获得双波长亮-暗孤子对的最高重复频率为433.8 MHz,对应于280次谐波。进而,我们在基于拓扑绝缘体的光纤激光器中,首次实现了双波长的暗孤子脉冲。此外,我们还分析了腔内色散对双波长亮-暗孤子对脉冲形状和脉冲宽度的影响。最后,我们利用基于二硫化钨光纤拉锥体作为锁模器件,在掺铒光纤激光器的负色散区,首次实现了双波长飞秒孤子以及“凹形边带”孤子,并分析了它们的形成机理和演化规律。利用耦合非线性薛定谔方程,还分析了单波长飞秒脉冲在单模光纤中的传输规律。研究表明,光纤激光器中双波长孤子的形成由腔内色散、双折射、高非线性和饱和吸收共同决定;而“凹形边带”孤子的形成可归因于参量过程的四波混频。对于单波长孤子,我们获得迄今已报道的最大谱宽和最小脉宽分别为11.48 nm和220 fs。同时,首次获得了双波长飞秒孤子,其谱宽为~4.2 nm和~4.4 nm,对应的脉宽分别为~605 fs和~585 fs。
李晓青[2]2008年在《光脉冲在光子晶体光纤中产生超连续谱的研究》文中研究表明超连续谱产生现象是指超短脉冲在介质中传输时由于介质的非线性效应导致脉冲的光谱被极大的加宽。光子晶体光纤是近年来提出的一种新型光纤,它具有传统光纤所无法比拟的特殊光学特性,如无截止单模、可控色散以及丰富的光学非线性等特性,是产生超连续谱的一种有效的介质,所以对光子晶体光纤中超连续谱产生的研究成为近几年光纤通信领域的一个研究热点。本文主要对光脉冲在光子晶体光纤中产生超连续谱的机理进行了详细的理论和实验研究。主要内容如下:1.从波动方程出发,对光脉冲在光纤中传输时所满足的方程——非线性薛定谔方程进行了理论推导,介绍了理论研究光脉冲在光子晶体光纤中传输时所采用的数值模拟方法——分步傅里叶方法。2.利用非线性偏振旋转技术,在被动锁模掺铒光纤激光器中,实验得到了中心波长为1556.0nm、3dB光谱宽度约为5.5nm、脉宽约为462.0fs、重复频率为28.6MHz的超短光脉冲;利用该超短光脉冲泵浦光子晶体光纤,在泵浦功率增加到90mW时,得到了20dB带宽约为140nm的超连续谱。实验详细观测了不同泵浦功率下超连续谱形成的过程,分析了其形成机理。3.利用数值模拟方法,理论研究了飞秒光脉冲在负色散区的光子晶体光纤中传输时,超连续谱的形成机理;分析了入射光脉冲的孤子阶数、初始啁啾、脉冲形状、脉冲宽度、光子晶体光纤的高阶色散、高阶非线性以及光纤长度对超连续谱形成的影响;得到了获得平坦、较宽的超连续谱所需的最佳光纤长度。4.利用被动锁模掺铒光纤激光器所产生的中心波长为1557.8nm、3dB光谱宽度约为5.0nm、脉宽约为509.0fs、重复频率为28.2MHz的飞秒光脉冲做泵源,通过铒镱共掺光纤放大器进行放大后,泵浦光子晶体光纤,实验得到了平均功率约为530mW、20dB带宽约为530nm的超连续激光光谱。并详细观测了泵浦功率对超连续激光光谱产生的影响,同时分析了其形成机理及产生高功率超连续谱的机理。5.理论研究了利用普通单模光纤中的调制不稳定性产生超连续谱的新方法,即利用准连续波作为初始输入条件来产生超连续谱。采用数值模拟方法分析了超连续激光光谱的形成机制;同时分析了准连续光脉冲阶数、初始脉宽对超连续谱谱宽的影响以及光子晶体光纤长度对超连续谱中长波长范围的影响,并对实验的可行性进行了简单描述。
王凤姣[3]2003年在《单模光纤中飞秒光孤子的研究》文中研究说明1973年，Hasegawa等人从理论上预言在光纤中当色散与非线性相平衡时光脉冲能形成孤立波，1980年Bell实验室Mollenauer等人首次在实验上观察到光孤子，自此，光孤子的研究一直非常活跃，并且在理论和实验研究方面都已取得了惊人的进展。但近年来，为了进一步提高光纤通信系统容量，对超短光脉冲(飞秒孤子)的传输研究越来越引起人们的重视。而此时，原来往往被忽略的一些高阶效应(如高阶色散、自陡峭、自频移等)显得非常重要而必须考虑。本文对光孤子传输时所服从的标准的非线性薛定谔方程和修正的非线性薛定谔方程分别进行了数值模拟和解析求解，得出了一些非常有意义的结果。全文共分六章：在第一章中，我们简要介绍孤子理论的基础，特别是给出了单模光纤中光孤子的产生机理与光孤子的应用情况，最后对分裂步长快速傅里叶变换方法、龙格-库塔方法等几种数值方法作了简单的介绍。第二章给出了光孤子通信系统的组成、原理及影响光孤子通信的诸多因素。第叁章数值模拟了不同初始条件下单光孤子的传输演化过程及双孤子的相互作用过程。第四章中，我们简单叙述了扩展的非线性薛定谔方程的引入、推导及研究现状，重点运用幅度—相位变换方法研究了此方程，并得出了它的亮、暗孤子解。第五章我们运用小幅度近似方法求解高阶非线性薛定谔方程，得出了它的亮、暗孤子解。最后一章是对本文的总结及对今后工作的展望。
霍佳雨[4]2016年在《被动锁模光纤激光器输出孤子特性研究》文中进行了进一步梳理锁模光纤激光器所产生的高重复率高能量的超短光脉冲可以成为光通信系统中理想的信息载体。它具有高增益、高转换效率、高稳定性、低阈值和低成本等优点,在精密机械加工、非线性频率变换、传感、医疗和国防等领域有广泛的应用前景。根据锁模实现方式的不同,锁模光纤激光器可分为主动锁模和被动锁模光纤激光器,被动锁模光纤激光器作为成本低、可靠性高的超快光源,得到广泛深入的研究。被动锁模光纤激光器是真正的全光纤器件,利用光纤的色散和非线性效应作用,能够产生超短的光脉冲。根据谐振腔中总色散值的不同,被动锁模光纤激光器可以产生传统光孤子、自相似脉冲、展宽脉冲和耗散孤子。传统光孤子存在于可积系统,也就是守恒系统中。耗散孤子的概念区别于传统的光孤子,它存在于非守恒系统。光纤激光器谐振腔中总的群速度色散为正值时,会产生耗散孤子。耗散孤子可以产生很高的脉冲能量,而且能够克服传统光孤子受到的能量限制,当脉冲能量较高时能够抵御光波分裂,这些特点使其成为超快激光研究领域的热点之一。本文的工作主要围绕被动锁模光纤激光器输出孤子特性展开研究,分析了光纤激光器的参数对输出脉冲特性的影响,对基于二维材料可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器进行了理论和实验研究。本文的主要研究内容如下:1.对锁模光纤激光器的物理机制进行了详细的分析,阐述了锁模光纤激光器的基本原理、锁模过程以及分类。详细推导了非线性薛定谔方程的建立过程,介绍了锁模光纤激光器仿真模型的分类,分析了锁模光纤激光器的仿真分析方法。对被动锁模光纤激光器中的关键器件进行了建模,建立了被动锁模光纤激光器的仿真模型。2.对被动锁模光纤激光器输出的光孤子类型进行了分析。重点论述了传统光孤子、自相似脉冲和耗散孤子的形成机理和物理特性等相关理论。采用短时傅里叶变换和Wigner-Ville分布两种时频分析方法分别对自相似脉冲进行啁啾提取,并分析了提取效果的统计学特性,对比了这两种方法在啁啾提取上的优劣。3.研究了被动锁模光纤激光器系统参数对输出孤子特性的影响。首先,仿真分析了光纤激光器的群速度色散、小信号增益、增益带宽以及增益饱和能量等参数对输出耗散孤子脉宽、峰值功率和单脉冲能量的影响。其次,对束缚态耗散孤子对的特性进行了详细的研究,在被动锁模光纤激光器中,满足一定条件时,可以输出稳定的束缚态耗散孤子对。束缚态耗散孤子对中两个耗散孤子的间距随着群速度色散、小信号增益以及增益带宽的增加而增加,随着增益饱和能量的增加而减小;耗散孤子对的峰值功率随着群速度色散和增益带宽的增加而减小,随着小信号增益与增益饱和能量的增加而增加;耗散孤子对的脉冲能量随着各参数的增加而增加;孤子对中耗散孤子的脉宽基本保持不变,只是随着小信号增益的增加会有所增加。我们在研究中发现,在稳定的束缚态耗散孤子对产生前,会出现不稳定的叁耗散孤子状态,当增益带宽从39nm逐渐增加到44nm的过程中,会产生叁个耗散孤子,增益带宽的变化对叁耗散孤子的特性有一定的影响,但其影响非常小。最后,研究了泵浦方式的不同对被动锁模光纤激光器输出自相似脉冲性能的影响,分别采用前向和后向两种泵浦方式进行分析。重点分析了在不同泵浦方式下,掺镱被动锁模光纤激光器系统的增益带宽对输出自相似脉冲的脉宽、峰值功率、单脉冲能量的影响,得到了各参数随着增益带宽变化的曲线,对不同泵浦方式下自相似脉冲的特性进行了比较与分析。4.分析了基于二维材料的被动锁模光纤激光器输出孤子的特性。首先,研究了二维材料的特性,重点介绍了石墨烯和黑磷的物理特性,二维材料因其独特的光电特性,成为被动锁模光纤激光器中可饱和吸收体的最佳选择。其次,建立了以黑磷作为可饱和吸收体的掺铒被动锁模光纤激光器结构,讨论了增益带宽与增益饱和能量共同作用时对耗散孤子的脉宽、峰值功率和单脉冲能量等参数的影响,分析结果表明,对于耗散孤子的单脉冲能量而言,增益带宽对它的影响远小于增益饱和能量对它的影响。最后,实验研究了基于石墨烯的被动锁模光纤激光器,获得了孤子脉冲单元。这种孤子单元包含叁个峰值,在时域上表现为孤子单元中的各个孤子间的距离是变化不定的,由于孤子脉冲之间的相互作用,在整个频域范围内,它的光谱呈现出无规则的调制状态,这种状态与以往的束缚态孤子的状态有着明显的区别。以往文献中几乎没有对于具有变化的脉冲间距的孤子单元的相关研究报道,本文的实验结果与以往已报道的实验中观察到的结果是不同的,我们首次报道的这种孤子脉冲单元是被动锁模光纤激光器系统中的一种全新的孤子状态,这种状态是束缚态孤子与普通孤子之间的一种过渡状态。
高雪健[5]2016年在《基于拉曼孤子自频移效应的2μm飞秒脉冲光纤激光器研究》文中指出2μm波段的飞秒脉冲光纤激光器在工业控制、大气监测、有毒气体探测、生物医疗、国防、光学传感和光学成像等诸多领域中都具有潜在的应用,近年来成为人们研究的热点。利用锁模,光参量过程产生和拉曼孤子自频移产生等方法可实现2μm飞秒脉冲光纤激光器。与基于其他方法实现的2μm飞秒脉冲光纤激光器相比,利用拉曼孤子自频移产生的方法实现的2μm飞秒脉冲光纤激光器具有工作波长调谐范围大,易于实现全光纤化,和成本低廉等优点,并且可输出无基座的高功率飞秒脉冲。在非石英光纤中容易产生2μm波段的拉曼孤子,但是非石英光纤的熔点通常与石英光纤的熔点不同,很难将它们焊接在一起,因此利用非石英光纤很难实现全光纤结构的2μm波段的飞秒脉冲光纤激光器。本文在单模阶跃型石英光纤中产生了波长可调谐的拉曼孤子,实现了全光纤结构的2μm波段波长可调谐的飞秒脉冲拉曼孤子激光器,对单模阶跃型石英光纤中孤子自频移的产生开展了相关理论、数值模拟和实验的研究。首先,本文阐述了光纤中孤子自频移产生的原理以及光孤子的形成、受激拉曼散射和高阶孤子分裂等影响孤子自频移的主要因素。接着,本文推导了描述光脉冲在光纤中传输的广义非线性薛定谔方程,通过求解非线性薛定谔方程数值模拟了单模石英光纤中的孤子自频移现象,研究了孤子自频移产生的机制以及泵浦参数和光纤参数对孤子自频移产生的影响。在实验上,本文使用通过优化啁啾放大系统得到的1.56μm高功率单脉冲飞秒激光泵浦高非线性的单模阶跃型石英光纤获得了波长从1584 nm到1965 nm范围内可调谐的“纯净”的拉曼孤子。随后本文进一步增加泵浦光的平均功率获得了1982 nm的拉曼孤子,经滤波后对1982nm的拉曼孤子激光进行了放大,最终得到了波长为1982 nm,平均功率为860m W,脉宽为560 fs的飞秒拉曼孤子激光。
解忧[6]2004年在《光纤通信中飞秒光脉冲间相互作用及其抑制》文中认为光纤通信中，在单模光纤的反常色散区传输的皮秒光脉冲由非线性薛定愕方程(NLSE)描述，当脉冲宽度窄到亚皮秒和飞秒量级时，非线性色散的影响严重且不能作微扰处理，包含非线性色散项的高阶非线性薛定愕方程(HNLSE)是更好的模型。本论文以HNLSE孤子作为光纤飞秒光脉冲的传输模型，采用分步傅里叶方法，数值研究了光纤中各高阶效应影响下的飞秒光脉冲的传输特性，以及脉冲间的相互作用，最后对拉曼自频移效应下飞秒光脉冲间的相互作用进行了有效地抑制，得到一系列新的研究结果。 数值研究结果表明，对于飞秒光脉冲，其传输特性完全不同于皮秒光脉冲，当初始入射脉冲宽度一定时，光脉冲的传输特性主要取决于初始入射强度。只有当入射强度满足一定的大小时，才能形成孤子进行稳定传输，随着强度的进一步增大，飞秒光脉冲在传输的过程中开始分裂，但与皮秒光脉冲分裂后的周期性离合完全不同，飞秒光脉冲分裂后形成的脉冲非线性的加速分离。正叁阶色散使光脉冲向前沿偏移，负叁阶色散使光脉冲向后沿偏移，它们都使脉冲展宽且形成振荡，四阶色散使脉冲展宽和光谱出现旁瓣，综合考虑高阶色散时，叁阶色散起主要作用。自陡峭效应使脉冲变陡、脉冲压缩，峰值功率增加；拉曼自频移效应使飞秒脉冲向后沿非线性漂移。对于飞秒光脉冲间的相互作用，也完全不同于皮秒光脉冲，后者表现为周期性的离合，而前者在经过第一次吸引碰撞后便相互排斥离去，不具有周期性，高阶效应加剧了脉冲间的相互作用。同时数值计算表明，拉曼自频移效应下飞秒光脉冲间的相互作用可以通过同步幅度调制技术、非线性增益控制和频域滤波相结合的方法进行有效的抑制。为增加光纤孤子通信系统的容量，改善通信质量，增加传输距离，提高通信速率提供了理论和实验依据。
李楠[7]2017年在《2μm波段宽调谐超短脉冲激光及其应用研究》文中认为2μm超短脉冲光纤激光器具有脉冲宽度窄、峰值功率高、频谱范围宽等特点,在基础科学研究、生物医疗、材料加工、环境监测、军事等方面有着重要的应用。宽调谐2μm超短脉冲激光作为该波段光纤激光器发展的一个重要方向,一直是该领域的研究热点。在众多的波长调谐技术中,全光纤多模干涉滤波器具有结构紧凑、与光纤兼容等特点,备受研究者们关注。但目前,基于多模干涉滤波器的全光纤宽调谐2μm超短脉冲激光器未见报道。另外,在2μm超短脉冲激光的应用方面,尤其是中红外超连续谱产生研究方面,由于2μm激光的波长处于中红外波段,所以其在获得高转换效率的中红外超连续谱方面有一定的优势。但在高相干性中红外超连续光源研究方面,国内外报道甚少。针对上述问题,本论文围绕2μm超短脉冲光纤激光器的波长调谐技术以及基于2μm超短脉冲激光获得高相干性的中红外超连续光源等方面进行了系统的研究,取得了以下研究结果:(1)利用自制的具有多个透射峰的全光纤多模干涉滤波器,采用弯曲多模光纤的方法,首次实现了波长调谐范围覆盖1919.6~2014.9 nm的全光纤锁模激光器。该实验证明了采用多模干涉滤波器可以实现全光纤宽调谐锁模激光器。(2)利用拉曼孤子自频移技术获得了波长调谐范围覆盖1611~1984 nm的全光纤超短脉冲激光器。在实验中,所用的泵浦源为1560 nm飞秒脉冲光纤激光器,所用的非线性介质为10 m长的高非线性石英光纤,通过优化泵浦源和高非线性光纤参数获得了宽调谐拉曼孤子激光输出。(3)采用啁啾脉冲放大技术获得了平均功率为2.1 W,脉冲宽度为170 fs的2μm超短脉冲激光输出;进一步利用其作为泵浦源,采用自制的拉锥氟碲酸盐微结构光纤作为非线性介质,首次获得了高相干性、波长范围覆盖1.4~4μm波段的超连续光源。
夏汉定[8]2015年在《新型锁模光纤激光器及其动力学特性研究》文中认为被动锁模光纤激光器因其输出脉冲具有极窄脉冲宽度、高峰值功率以及宽光谱等特点广泛应用于高速光通信、激光微加工、光频梳、激光雷达、生物医学和非线性光学等领域。与固体激光器相比,光纤激光器具有小型化、效率高、散热好和无需准直等诸多优点。随着新材料、新器件、脉冲形成新机制等技术和理论的快速创新发展,新型被动锁模光纤激光器已成为当前国际上一个非常重要的前沿研究方向,也是我国重点发展并有望取得重大突破的亮点领域,因此,研究被动锁模光纤激光器具有重要的科学意义和应用价值。本文从新材料、新器件、脉冲形成新机制叁个方面,对新型锁模光纤激光器及其动力学特性展开了实验与理论研究。本文主要研究内容如下:1.首次实现了基于二硫化钼(MoS2)二维纳米材料的被动锁模掺铒光纤激光器(EDFL),获得了稳定的锁模孤子脉冲输出。采用化学气相沉积(CVD)法制备了少数层的MoS2二维纳米材料(简称“少数层MoS2”),实验测试了少数层MoS2薄膜在1.55μm处的非线性光学特性,发现其拥有明显的可饱和吸收特性。讨论了少数层MoS2在1.55μm波段的可饱和吸收物理机制,认为硫原子缺陷导致了少数层MoS2禁带宽度减小,使其在该波段呈现可饱和吸收特性。将少数层MoS2可饱和吸收体应用于环形腔EDFL中,成功获得了稳定的锁模孤子脉冲输出,其中心波长、光谱宽度、脉冲宽度和重复频率分别为1568.9 nm、2.6 nm、1.28 ps和8.288MHz;通过优化谐振腔结构,实现了2到20阶谐波锁模孤子脉冲输出。2.采用不同层数石墨烯可饱和吸收体进行锁模,在EDFL中分别实现了锁模飞秒和纳秒脉冲输出。采用CVD方法制备了单层石墨烯薄膜,利用湿法转移石墨烯薄膜至光纤连接头端面构成单层石墨烯可饱和吸收体,并将其应用到环形腔EDFL中,成功获得了锁模飞秒脉冲输出,并实现了11阶谐波锁模脉冲输出。此外,采用四层石墨烯可饱和吸收体作为锁模器件用于EDFL中,实验获得了稳定的锁模纳秒脉冲输出,脉宽与谱宽分别为24 ns与0.96 nm,脉冲重复频率和信噪比分别为5.78 MHz和65 dB。激光器中纳秒脉冲的形成是由于石墨烯锁模器件具有大集总正常色散引起脉冲展宽所导致的,这种锁模脉冲具有MHz量级重复频率和ns量级脉宽,在啁啾脉冲放大系统中有重要的应用价值。3.研制了最高基频重复率达384 MHz的高重频飞秒EDFL。使用新型集成光纤器件构建了全光纤结构非线性偏振旋转(NPR)锁模EDFL,实验获得了重频为169 MHz、脉宽为0.64 ps的传统孤子脉冲输出。深入探索并揭示了169 MHz高重频飞秒光纤激光器中束缚态孤子的动力学特性,实验获得了2至7个脉冲等间距分布的束缚态孤子,以及多种不等间距分布的多脉冲束缚态孤子。进一步优化腔结构,成功研制了最高基频重复率为384 MHz的全光纤结构掺铒飞秒光纤激光器;通过腔外放大、压缩,获得了脉冲平均功率为207 mW、脉宽为340 fs、重复率为384 MHz的飞秒脉冲输出。4.研究了工作在负色散区的NPR锁模EDFL输出的双波长孤子脉冲特性。适当调节泵浦功率和PC状态,激光器在1566.5 nm和1594.5 nm两个波长附近同时实现了孤子锁模,中心波长间隔为28 nm,两孤子脉冲光谱均含有传统孤子脉冲所特有的光谱边带。利用双波长锁模脉冲的中心波长间隔与频率间隔之间的函数关系,可以准确测量出谐振腔的净色散与光纤色散。双波长锁模孤子脉冲的产生机制可以归结于EDF所具有的较宽增益谱以及腔内光纤双折射导致的光谱滤波效应的共同作用。此外,还获得了一种具有调制不稳定性光谱边带的锁模状态。5.实验研究了NPR锁模光纤激光器中的耗散孤子特性,在大正色散区,获得了谱宽为27 nm、脉宽为12.5 ps的典型耗散孤子脉冲输出,在近零正色散区,获得了谱宽为66.3 nm、脉宽为62 fs的飞秒耗散孤子脉冲输出;数值研究了耗散孤子产生机理,对比分析了大正色散和近零正色散腔光纤激光器中的耗散孤子动态演化特性。数值模拟研究了工作在2μm波段的半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模掺铥光纤激光器的耗散型孤子动力学特性,分析了矢量孤子特性。此外,采用正色散腔EDFL,实验获得了光谱3-dB带宽为60.2 nm的类噪声锁模脉冲输出;采用类噪声脉冲光纤激光器作为光源,泵浦一段高非线性光纤,实验获得了光谱20-dB带宽超过500 nm的超连续谱。
贾浩天[9]2017年在《飞秒光纤激光的产生与放大研究》文中研究表明超短脉冲光纤激光以其独特的优势成为当前激光应用市场的佼佼者,其应用范围涉及光通信、光谱分析科研、军事国防和机械加工等诸多领域。将锁模技术与啁啾脉冲放大技术(chirped pulse amplification,CPA)结合并应用于双包层光纤(Double-clad fiber)或者大模场光子晶体光纤(photonic crystal fiber,PCF)是目前获得高平均功率飞秒激光脉冲的前沿技术手段;而将锁模技术与主振荡功率放大(master oscillator power amplification,MOPA)技术相结合,是获得1.5μm超短脉冲激光的最有效技术方案之一。本文着眼于科研领域和市场需求的发展,系统介绍了我们在高平均功率飞秒Yb光纤激光、超短脉冲掺Er光纤激光及光纤激光器中的暗孤子产生等方面的研究工作。论文的主要研究工作和取得的创新性成果有:1.采用非线性偏振旋转(nonlinear polarization Rotation,NPR)技术设计并搭建了基于掺Yb光纤的高平均功率全正色散锁模激光器。全正色散光纤振荡器在泵浦功率500 mW时,获得了平均功率194 mW、重复频率66 MHz、光谱宽度14 nm、脉冲宽度2ps的输出;经过腔外光栅对压缩脉宽,最短可以达到95 fs。2.开展了基于啁啾脉冲放大(CPA)技术的高平均功率飞秒光纤激光研究。以自主搭建的自相似脉冲光纤激光器为种子源,结合单模光纤脉冲展宽,经过一级功率预放大和一级能量主放大,最终实现了重复频率为75 MHz,最大输出平均功率10 W,相应的压缩脉冲宽度为116 fs的锁模脉冲光纤激光。经腔内色散补偿的优化和腔外脉冲的压缩,在输出功率6.27 W时得到最窄的压缩脉宽108 fs。3.基于掺铒光纤的增益位移效应,我们进行了 L波段全光纤掺Er光纤激光器的实验研究。通过使用高掺杂浓度的掺铒增益光纤,缩短了腔长,提高了激光器结构的稳定性。最终实现了重复频率37.8 MHz、脉宽370 fs、最大输出平均功率152 mW的L波段亚皮秒锁模光纤激光。4.飞秒掺铒光纤放大器设备化研究:使用自主搭建的基于NPR的掺铒光纤振荡器作为种子源,应用主振荡功率放大(MOPA)技术经过单模光纤预啁啾、注入掺铒增益光纤进行功率放大。最终得到重复频率83 MHz、脉宽115 fs、最大输出功率211 mW的输出特性稳定、结构紧凑的飞秒掺铒光纤锁模放大器。5.开展了色散管理型掺镱光纤环形腔中明暗孤子以及暗孤子的研究。我们使用透射光栅进行精确地腔内色散管理,实验中观察到了明孤子、明暗孤子对以及暗孤子。测量了明暗孤子对的脉冲宽度,在双曲正割拟合近似下,明暗孤子对的脉冲宽度为386 fs。
吴航[10]2016年在《CARS激发源中的快速调谐和光谱聚焦研究》文中提出相干反斯托克斯拉曼散射(Coherent anti-Stokes Raman scattering,CARS)显微成像是一种无标记的生物成像技术,具有非入侵性、高灵敏度和叁维成像能力,在生命科学研究领域有很好的应用前景。但传统的基于钛宝石固体激光器的空间光CARS系统体积庞大、稳定性差,不但价格昂贵而且需要专人维护。为了克服这些不足,本文针对光纤CARS激发源的斯托克斯光脉冲的快速调谐技术、啁啾脉冲光谱压缩技术进行了以下研究:(1)基于光纤CARS的基本理论,对CARS激发源系统进行整体设计。确定斯托克斯光脉冲的快速电调谐方法,对系统各个部分的功能及参数选型进行分析,对系统搭建过程中的注意事项进行详细讨论。(2)进行了斯托克斯光脉冲的快速调谐理论研究,模拟计算了阈值电压和液晶层厚度等液晶参数对调谐响应时间的影响,光子晶体光纤参数和注入光脉冲峰值功率对斯托克斯光脉冲的中心波长调谐范围、光谱宽度的影响。得到在2 m长的光子晶体光纤注入峰值功率为2.7 kW时可探测波数达3509 cm~(-1)。(3)搭建光纤飞秒CARS激发源系统,并对斯托克斯光脉冲的调谐响应时间进行实验研究,研究注入光子晶体光纤光脉冲峰值功率对斯托克斯光脉冲的影响。实验结果表明波长切换时间可达0.165 ms,对1.98 m长的光子晶体光纤注入峰值功率范围为0.108~2.517 kW的光脉冲时,基阶孤子中心波长调谐范围为807-1064 nm,理论可探测波数范围为432~3422 cm~(-1)。通过对长度为3 m的光子晶体光纤实验研究,得到在光子晶体光纤长度增加后高阶孤子的出现及其对基阶孤子频移量有制约影响的结果。(4)通过实验研究实现了普通单模光纤和光子晶体光纤的熔接损耗为0.917dB、光子晶体光纤与多模光纤熔接损耗为2.712 dB。通过多模光纤级联单模光纤的方法对泵浦光脉冲和斯托克斯光脉冲进行啁啾光谱聚焦,研究光纤参数对输出脉冲的光谱宽度、脉冲宽度和中心波长的影响。在较好的谱型基础上得到光谱压缩比为29,理论光谱分辨率可以达到4.92 cm~(-1)。
参考文献：
[1]. 基于二维材料非线性效应的多波长锁模光纤激光器研究[D]. 郭波. 哈尔滨工业大学. 2015
[2]. 光脉冲在光子晶体光纤中产生超连续谱的研究[D]. 李晓青. 河北师范大学. 2008
[3]. 单模光纤中飞秒光孤子的研究[D]. 王凤姣. 湘潭大学. 2003
[4]. 被动锁模光纤激光器输出孤子特性研究[D]. 霍佳雨. 吉林大学. 2016
[5]. 基于拉曼孤子自频移效应的2μm飞秒脉冲光纤激光器研究[D]. 高雪健. 吉林大学. 2016
[6]. 光纤通信中飞秒光脉冲间相互作用及其抑制[D]. 解忧. 西安科技大学. 2004
[7]. 2μm波段宽调谐超短脉冲激光及其应用研究[D]. 李楠. 吉林大学. 2017
[8]. 新型锁模光纤激光器及其动力学特性研究[D]. 夏汉定. 电子科技大学. 2015
[9]. 飞秒光纤激光的产生与放大研究[D]. 贾浩天. 西安电子科技大学. 2017
[10]. CARS激发源中的快速调谐和光谱聚焦研究[D]. 吴航. 天津大学. 2016
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