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基于非线性放大环镜的低重频高能量掺铒锁模光纤激光器的研究

2020-12-08阅读(738)

基于非线性放大环镜的低重频高能量掺铒锁模光纤激光器的研究

论文摘要

随着超短脉冲技术的飞速发展,飞秒激光技术在物理、生物、化学等基础学科领域,以及在频率梳光谱、精密计量、微加工等工业领域的研究引起了广泛的关注。然而实用性一直飞秒激光技术最重要的发展方向。如今人们对超短激光脉冲又提出了新的实用性需求,即如何使激光器输出低重复频率、高脉冲能量和窄脉冲宽度的脉冲。目前,为了获取高能量的超短输出脉冲,可以在激光腔内加入双包层增益光纤或光子晶体光纤等作为增益光纤,提高脉冲能量。然而与普通单模掺杂增益光纤相比,上述两种方式存在制作难度大,稳定性差,影响因子复杂等缺点。因此本文采用的是单模保偏掺铒光纤作为增益光纤,同时增加激光器的腔长来降低重复频率,提高脉冲能量,最终使激光器直接输出低重频高能量的脉冲,这种直接输出的方式降低了系统的复杂度、也减轻了激光器的制作成本。本文在此基础上从理论上研究了增加腔长引起的色散和非线性效应等,并搭建了基于非线性放大环镜的全正色散（All-normal Dispersion,ANDi）被动锁模光纤激光器,最终得到了低重复频率、高脉冲能量的飞秒脉冲。本文的主要研究内容和成果如下:1.简述了低重频高能量锁模光纤激光器的研究背景和意义,并针对现在国内外研究进展和研究现状进行总结。2.叙述了Er3+的光谱特性、能级结构和发光原理等,从而引出Er3+作为增益介质在1550nm处输出激光脉冲的优势,接着分析各种锁模光纤激光器的结构、锁模原理及优缺点等,从而引出非线性放大环镜作为本文锁模方式所具有的优势。3.分析了光纤中色散和非线性效应对脉冲传输的影响,并详细叙述了非线性放大环境的基本理论推导及啁啾脉冲压缩理论,并对全正色散被动锁模光纤激光器进行MATLAB仿真,从而引出本文设计的基于NALM的全正色散掺铒锁模光纤激光器。4.在实验中搭建了腔长接近100m的长腔被动锁模光纤激光器,获得了重复频率为1.96MHz,稳定的单脉冲能量为4nJ,脉冲宽度为2.5ps的激光输出脉冲,通过腔外引入一段保偏单模光纤,进一步将脉冲压缩到660fs,接近变换极限,并测量在10h内平均功率的波动在0.17%左右。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 符号说明
  • 第一章 绪论
  •   1.1 引言
  •   1.2 低重频高能量锁模光纤激光器的研究背景及意义
  •   1.3 低重频高能量锁模光纤激光器的研究进展
  •     1.3.1 基于腔内脉冲演化动力学过程的研究
  •     1.3.2 基于双包层增益光纤的研究
  •     1.3.3 基于增益光子晶体光纤的研究
  •   1.4 低重频高能量锁模光纤激光器的研究现状
  •   1.5 论文的主要内容
  • 第二章 掺铒锁模光纤激光器基本理论
  • 3+的光谱特性、能级结构和发光原理'>  2.1 Er3+的光谱特性、能级结构和发光原理
  • 3+光谱特性'>    2.1.1 Er3+光谱特性
  • 3+能级结构'>    2.1.2 Er3+能级结构
  •     2.1.3 光与稀土离子之间的相互作用
  •   2.2 锁模光纤激光器的基本原理
  •   2.3 锁模光纤激光器的基本结构
  •   2.4 不同锁模机制的光纤激光器
  •     2.4.1 主动锁模光纤激光器
  •     2.4.2 被动锁模光纤激光器
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 NALM的锁模理论研究和全正色散光纤激光器的仿真
  •   3.1 光纤中的色散和非线性效应对超短脉冲传输的影响
  •     3.1.1 色散对超短脉冲传输的影响
  •     3.1.2 非线性效应对超短脉冲传输的影响
  •     3.1.3 光纤激光器脉冲传输理论
  •   3.2 非线性光学环镜的基本理论
  •     3.2.1 NOLM和NALM的基本原理
  •     3.2.2 NALM中的连续光与准连续光入射
  •     3.2.3 NALM中的超短脉冲光入射
  •   3.3 啁啾脉冲压缩系统的理论研究
  •   3.4 全正色散光纤激光器仿真系统的搭建
  •     3.4.1 全正色散光纤激光器的数值仿真模型
  •     3.4.2 全正色散光纤激光器的仿真
  •   3.5 本章小结
  • 第四章 全正色散被动锁模光纤激光器的研究
  •   4.1 基于NALM的全正色散掺铒被动锁模光纤激光器的研究
  •     4.1.1 增益动力学方程
  •     4.1.2 NALM全正色散光纤激光器
  • 3+被动锁模光纤激光器的搭建'>  4.2 基于NALM的全正色散掺Er3+被动锁模光纤激光器的搭建
  •     4.2.1 宽谱被动锁模光纤激光器的实验设计
  •     4.2.2 实验结果及讨论
  • 3+被动锁模光纤激光器的搭建'>  4.3 基于NALM的全正色散长腔掺Er3+被动锁模光纤激光器的搭建
  •     4.3.1 低重频高能量被动锁模光纤激光器的实验设计
  •     4.3.2 实验结果及讨论
  •   4.4 本章小结
  • 第五章 总结与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者攻读硕士学位期间发表的学术论文

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 葛兆阳

    导师: 戴一堂

    关键词: 低重频高能量,非线性放大环镜,长腔,全正色散

    来源: 北京邮电大学

    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: 北京邮电大学

    分类号: TN248

    总页数: 77

    文件大小: 5768K

    下载量: 317

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