【摘要】：光纖激光器與傳統(tǒng)的固體激光器相比,具有成本低、結構緊湊、散熱性好、穩(wěn)定性高等特點;同時由于超快光纖激光器具有脈沖窄、光譜寬、峰值功率高的優(yōu)點,被廣泛的應用于各種激光加工領域,因此,如何獲得超短脈沖激光輸出成為國內外研究的熱點之一。目前獲得超短脈沖的方式主要包括調Q技術和鎖模技術,但調Q技術由于受到調制器件本身的限制,很難獲得飛秒量級的鎖模脈沖,現(xiàn)階段使用最廣泛主要是鎖模技術,其中鎖模技術包括主動鎖模、自鎖模和被動鎖模等,前兩者受外界環(huán)境的影響較大,穩(wěn)定性較差,而被動鎖模技術利用腔內非線性光學器件進行鎖模調制,具有結構簡單、易于集成等優(yōu)點,成為現(xiàn)階段主流的鎖模技術,但是,目前已報道的被動鎖模技術中,基于可飽和吸收體的激光器受到器件本身的限制,壽命較短;基于非線性偏振旋轉的激光器中偏振器件抗外界干擾能力較差。而基于“9”字腔的被動鎖模激光器,采用一種新型的非線性環(huán)形腔結構,該激光器在“8”字腔激光器的基礎上極大的縮短了腔長,有利于產生更高重復頻率的激光輸出。然而,目前主流的“9”字腔激光器中普遍存在自由空間結構,這些自由空間的部分使得激光器易于受到溫度、振動等外界因素的干擾,大大降低了激光器的穩(wěn)定性和抗干擾能力。本文在此基礎上進行了深入的研究,通過在環(huán)形腔中引入適當?shù)姆蔷�性相移,最終得到了全保偏、全光纖、可自啟動的被動鎖模飛秒光纖激光器。本文的主要研究工作以及獲得的成果如下:1.基于非線性放大環(huán)形鏡的鎖模原理,從理論上推導了“8”字腔激光器的鎖模原理。2.在理論的指導下,搭建了基于“8”字腔的被動鎖模光纖激光器,配合基于腔外光柵對的脈沖壓縮技術,成功獲得了飛秒量級的輸出脈沖。3.改進“8”字腔激光器的結構,打開“8”字腔激光器的次環(huán),縮短腔長并提高重頻,同時,在實驗環(huán)境下驗證了基于“9”字腔激光器的新型腔結構,最終獲得了全光纖、全保偏、可自啟動的超短脈沖光纖激光器。4.進一步驗證了“9”字腔激光器內鎖模器件的各項參數(shù)對鎖模機制的影響,包括相移器大小、耦合器的分光比、單模光纖長度等參數(shù),并獲得重復頻率為96MHz,脈沖寬度為421fs的鎖模激光。
【圖文】：

于包層的折射率，從而把光限制在纖芯內傳輸，其中，包層和涂覆層對纖芯具有逡逑保護的作用。這里我們以摻鉺光纖為例，首先介紹增益光纖是如何工作的，其中，逡逑鉺（Ｅｒ0離子的三能級結構如圖１－２所示。逡逑＾邐＼邐ｅ２逡逑＼無輻射躍遷逡逑Ｅ１逡逑「：￡邋激吸收邐９８０邋ｒａｎ邐１４８０ｎｍ邋１５５０ｎｍ逡逑泵浦逡逑受激發(fā)射逡逑邐邐邐＾——Ｅ0逡逑圖丨－２鉺離子的三能級結構示意圖逡逑正三價的鉺離子（Ｅｒ３—）包含三個能級，分別是Ｅ0，邋Ｅ！，邋Ｅ２，其中Ｅｆｉ是穩(wěn)態(tài)，逡逑Ｅ２屬于亞穩(wěn)態(tài)，￡１是激發(fā)態(tài)，首先處于Ｅ0能級的粒子被９８０ｎｍ的泵浦光激發(fā)到逡逑Ｅ２能級，但是粒子在Ｅ２能級上是不穩(wěn)定的，會自發(fā)的無福射躍遷到達Ｅｌ能級，逡逑當激發(fā)達到一定強度時，處于亞穩(wěn)態(tài)的粒子逐漸增多，處于基態(tài)的粒子數(shù)逐漸較逡逑小，從而實現(xiàn)粒子數(shù)翻轉，激發(fā)態(tài)的粒子會受激躍遷到基態(tài)，，釋放出１５５０ｎｍ的逡逑光。逡逑２逡逑

幅度調制函數(shù)為ｄ⑴，其中，冰０是關Ｔ時間丨的函數(shù)，輸出光強／（０與＇（0成逡逑正相關，因此７（０也是關于時間／的函數(shù)，通過（２－８）式的分析我們知道，／（0中逡逑包含２７Ｖ邋＋邋１不同的縱模，所以得到的激光屮也存在２７Ｖ邋＋邋１個縱模，圖２－１給出了逡逑７個（ｉＶ邋＝邋３）個振蕩模的輸出光強曲線。逡逑Ａ＼ｔ）逡逑0逡逑ｔ逡逑圖２－丨七個振蕩縱模的輸出光強圖逡逑其中調制函數(shù)的周期為：Ｔ邋＝邋２ｔｔ／邋Ａｗ邋＝邋１邋／邋Ａ邋Ｖ＇，這與光在腔內往返一周所用的時逡逑間相等。經(jīng)過鎖模之后的脈沖寬度為ｒ＝ｌ／（２Ｎ＋ｌ）Ａｖ，約等于振蕩線寬的倒數(shù)。逡逑經(jīng)過上面一系列的理論分析，我們可以總結出以下幾點：（１）激光器的輸出是間隔逡逑為ｒ邋＝邋Ｉ邋／邋Ｃ的規(guī)則脈沖序列；（２）每個脈沖的寬度Ａｒ＝ｌ邋／邋［（２；Ｖ邋＋邋１）Ａｋ邋］，由公式可以逡逑看出，當光譜的線寬越大時，可得到的脈沖寬度越窄；（３）最終得到的激光脈沖的逡逑峰值功率正比于￡0２（２Ｍ邋＋邋ｌ）＇相對于連續(xù)波輸出的光強提高了邋２Ｍ邋＋邋１倍。逡逑１３逡逑
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN248

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本文編號：2591051