本文關(guān)鍵詞： 鎖模光纖激光器 超連續(xù)譜 光怪波 超連續(xù)譜相干度 硫化物波導(dǎo)　出處：《華中科技大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：低噪聲被動鎖模光纖激光器作為一種特殊的脈沖激光器,因其能實(shí)現(xiàn)超低的強(qiáng)度噪聲和時間抖動而被廣泛應(yīng)用在光學(xué)采樣、頻率計(jì)量等領(lǐng)域,同時還是產(chǎn)生超穩(wěn)定光纖超連續(xù)譜(Supercontinuum, SC)的理想泵浦光源。本論文以激光器作為突破口,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種高重復(fù)頻率低抖動鎖模光纖激光器,通過優(yōu)化腔結(jié)構(gòu)從而降低激光器的噪聲。并利用該激光器作為泵浦光源,在已有的理論基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究皮秒脈沖泵浦超連續(xù)譜的展寬機(jī)理并優(yōu)化其噪聲特性與相干性。本論文的主要研究成果如下： (1)通過對泵浦相對強(qiáng)度噪聲(RIN)到激光器RIN的轉(zhuǎn)換率進(jìn)行建模發(fā)現(xiàn),在低偏移頻率區(qū)域,RIN的轉(zhuǎn)換率大小是以激光器斜率效率大小的平方為尺度的。定量證明了高重復(fù)頻率低抖動鎖模光纖激光器的腔內(nèi)泵浦反射在有效減小鎖模閾值并增大斜率效率的同時也會惡化激光器的噪聲特性,為光纖鎖模激光器的設(shè)計(jì)提供了新的優(yōu)化思路。 (2)利用光纖延遲脈沖干涉技術(shù),在實(shí)驗(yàn)上證明了相鄰脈沖的平均干涉譜條紋可見度可作為SC產(chǎn)生過程中的相位波動(即光譜相位相干度)的判據(jù)。并利用低噪聲鎖模激光器作為泵浦光源,在皮秒量級脈沖寬度下,深入研究了SC產(chǎn)生過程中調(diào)制不穩(wěn)定區(qū)域?qū)θ珟捁庾V相位相干度的影響機(jī)理。 (3)利用低噪聲鎖模激光器作為泵浦光源,從實(shí)驗(yàn)上深入研究了光怪波(Rogue Waves)產(chǎn)生的原因：受噪聲驅(qū)動的調(diào)制不穩(wěn)定性。當(dāng)泵浦激光器中的隨機(jī)量子噪聲恰巧發(fā)生在調(diào)制不穩(wěn)定性增益譜的最大值處或附近時,會大大增強(qiáng)SC的調(diào)制不穩(wěn)定性強(qiáng)度,增大SC的光譜寬度,從而產(chǎn)生光怪波。并從理論上解釋了利用連續(xù)光和泵浦光共同作用下使得光纖SC的調(diào)制不穩(wěn)定性增強(qiáng)的原因：諧振種子調(diào)制不穩(wěn)定性的級聯(lián)四波混頻和布拉格散射。研究發(fā)現(xiàn)在給定色散值和非線性系數(shù)后,存在一個關(guān)鍵功率值cr,當(dāng)泵浦功率小于該值時,則不會發(fā)生種子光增強(qiáng)調(diào)制不穩(wěn)定性效應(yīng)的現(xiàn)象。 (4)通過理論與仿真研究并設(shè)計(jì)了基于硫化物As2Se3波導(dǎo)產(chǎn)生SC,并分析了所產(chǎn)生SC的相干度。硫化物As2Se3具有極高的非線性折射率n2,因而能夠有效的降低泵浦脈沖的功率并縮短波導(dǎo)長度,從而降低脈沖的傳輸損耗。通過對平面波導(dǎo)進(jìn)行色散管理,得到理想的色散曲線。結(jié)果表明優(yōu)化后的波導(dǎo)僅需峰值功率為24W初始泵浦激光,通過長度約10mm的波導(dǎo),就能產(chǎn)生相干性較好的SC。
[Abstract]:As a special pulse laser, low noise passive mode-locked fiber laser is widely used in optical sampling, frequency measurement and other fields because of its ability to achieve ultra-low intensity noise and time jitter. At the same time, it is also an ideal pump source for producing supercontinuum (SCS) of ultra-stable fiber. In this paper, a high repetition rate and low jitter mode-locked fiber laser is designed and implemented with the laser as the breakthrough point. By optimizing the cavity structure to reduce the noise of the laser, and using the laser as the pump light source, Based on the existing theories, the broadening mechanism of picosecond pulse pumping supercontinuum spectrum is further studied and its noise characteristics and coherence are optimized. The main results of this thesis are as follows:. 1) by modeling the conversion rate from pump relative intensity noise to laser RIN, we find that, The conversion rate of RIN in low offset frequency region is measured by square of slope efficiency of laser. It is proved quantitatively that intracavity pump reflection of high repetition rate and low jitter mode-locking fiber laser can effectively reduce mode-locking threshold. And increasing the slope efficiency will also worsen the noise characteristics of the laser. It provides a new optimization idea for the design of fiber mode-locked laser. Using optical fiber delay pulse interferometry, It is proved experimentally that the visibility of the average interference fringes of adjacent pulses can be used as a criterion for the phase fluctuation (i.e. spectral phase coherence) in the process of SC generation, and the low noise mode-locked laser is used as the pump light source. At picosecond pulse width, the effect of modulation instability on the full bandwidth spectral phase coherence during SC generation is studied. Using low noise mode-locked laser as pump source, In this paper, the causes of Rogue Waves-induced modulation instability driven by noise are studied experimentally. When the random quantum noise in the pump laser happens to occur at or near the maximum value of the modulation instability gain spectrum, It will greatly enhance the modulation instability of SC and increase the spectral width of SC. The reason why the modulation instability of optical fiber SC is enhanced by the interaction of continuous light and pump light is explained theoretically: the cascaded four-wave mixing and Bragg dispersion with resonant seed modulation instability. The study found that, given the dispersion and nonlinear coefficients, There is a critical power value cr. when the pump power is less than this value, the effect of seed light-enhanced modulation instability will not occur. (4) by theoretical and simulation study, the SC-generated As2Se3 waveguide based on sulfide is designed and the coherence degree of SC generated is analyzed. Sulfide As2Se3 has extremely high nonlinear refractive index n _ 2, so it can effectively reduce the power of pump pulse. And shorten the length of the waveguide, In order to reduce the transmission loss of the pulse, the ideal dispersion curve is obtained by the dispersion management of the planar waveguide. The results show that the optimized waveguide only needs a 24W initial pumped laser and passes through the waveguide with a length of about 10mm. SCS with good coherence can be produced.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN248

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本文編號：1549696