發(fā)布時(shí)間：2020-03-20 01:48

【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(jié)構(gòu)緊湊、散熱性好、穩(wěn)定性高等特點(diǎn);同時(shí)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(diǎn),被廣泛的應(yīng)用于各種激光加工領(lǐng)域,因此,如何獲得超短脈沖激光輸出成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。目前獲得超短脈沖的方式主要包括調(diào)Q技術(shù)和鎖模技術(shù),但調(diào)Q技術(shù)由于受到調(diào)制器件本身的限制,很難獲得飛秒量級(jí)的鎖模脈沖,現(xiàn)階段使用最廣泛主要是鎖模技術(shù),其中鎖模技術(shù)包括主動(dòng)鎖模、自鎖模和被動(dòng)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(dòng)鎖模技術(shù)利用腔內(nèi)非線(xiàn)性光學(xué)器件進(jìn)行鎖模調(diào)制,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于集成等優(yōu)點(diǎn),成為現(xiàn)階段主流的鎖模技術(shù),但是,目前已報(bào)道的被動(dòng)鎖模技術(shù)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(xiàn)性偏振旋轉(zhuǎn)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(dòng)鎖模激光器,采用一種新型的非線(xiàn)性環(huán)形腔結(jié)構(gòu),該激光器在“8”字腔激光器的基礎(chǔ)上極大的縮短了腔長(zhǎng),有利于產(chǎn)生更高重復(fù)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(jié)構(gòu),這些自由空間的部分使得激光器易于受到溫度、振動(dòng)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(chǔ)上進(jìn)行了深入的研究,通過(guò)在環(huán)形腔中引入適當(dāng)?shù)姆蔷�(xiàn)性相移,最終得到了全保偏、全光纖、可自啟動(dòng)的被動(dòng)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(xiàn)性放大環(huán)形鏡的鎖模原理,從理論上推導(dǎo)了“8”字腔激光器的鎖模原理。2.在理論的指導(dǎo)下,搭建了基于“8”字腔的被動(dòng)鎖模光纖激光器,配合基于腔外光柵對(duì)的脈沖壓縮技術(shù),成功獲得了飛秒量級(jí)的輸出脈沖。3.改進(jìn)“8”字腔激光器的結(jié)構(gòu),打開(kāi)“8”字腔激光器的次環(huán),縮短腔長(zhǎng)并提高重頻,同時(shí),在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下驗(yàn)證了基于“9”字腔激光器的新型腔結(jié)構(gòu),最終獲得了全光纖、全保偏、可自啟動(dòng)的超短脈沖光纖激光器。4.進(jìn)一步驗(yàn)證了“9”字腔激光器內(nèi)鎖模器件的各項(xiàng)參數(shù)對(duì)鎖模機(jī)制的影響,包括相移器大小、耦合器的分光比、單模光纖長(zhǎng)度等參數(shù),并獲得重復(fù)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(nèi)傳輸，其中，包層和涂覆層對(duì)纖芯具有逡逑保護(hù)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(jí)結(jié)構(gòu)如圖１－２所示。逡逑＾邐＼邐ｅ２逡逑＼無(wú)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(jí)結(jié)構(gòu)示意圖逡逑正三價(jià)的鉺離子（Ｅｒ３—）包含三個(gè)能級(jí)，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(jí)的粒子被９８０ｎｍ的泵浦光激發(fā)到逡逑Ｅ２能級(jí)，但是粒子在Ｅ２能級(jí)上是不穩(wěn)定的，會(huì)自發(fā)的無(wú)福射躍遷到達(dá)Ｅｌ能級(jí)，逡逑當(dāng)激發(fā)達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，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(shí)現(xiàn)粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)，激發(fā)態(tài)的粒子會(huì)受激躍遷到基態(tài)，，釋放出１５５０ｎｍ的逡逑光。逡逑２逡逑

幅度調(diào)制函數(shù)為ｄ⑴，其中，冰０是關(guān)Ｔ時(shí)間丨的函數(shù)，輸出光強(qiáng)／（０與＇（0成逡逑正相關(guān)，因此７（０也是關(guān)于時(shí)間／的函數(shù)，通過(guò)（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(gè)縱模，圖２－１給出了逡逑７個(gè)（ｉＶ邋＝邋３）個(gè)振蕩模的輸出光強(qiáng)曲線(xiàn)。逡逑Ａ＼ｔ）逡逑0逡逑ｔ逡逑圖２－丨七個(gè)振蕩縱模的輸出光強(qiáng)圖逡逑其中調(diào)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(nèi)往返一周所用的時(shí)逡逑間相等。經(jīng)過(guò)鎖模之后的脈沖寬度為ｒ＝ｌ／（２Ｎ＋ｌ）Ａｖ，約等于振蕩線(xiàn)寬的倒數(shù)。逡逑經(jīng)過(guò)上面一系列的理論分析，我們可以總結(jié)出以下幾點(diǎn)：（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(gè)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(dāng)光譜的線(xiàn)寬越大時(shí)，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(duì)于連續(xù)波輸出的光強(qiáng)提高了邋２Ｍ邋＋邋１倍。逡逑１３逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN248

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