發(fā)布時間：2020-05-24 20:17

【摘要】：目前,和1μm、1.5μm波段相比,由于2μm波段的相關(guān)元器件和檢測設(shè)備都非常昂貴,因此對2μm鎖模光纖激光器的研究不是特別多,尤其是基于不同色散的非線性放大環(huán)形鏡(Nonlinear Amplified Loop Mirror,NALM)鎖模光纖激光器動力學(xué)特性的相關(guān)研究較少,還有很多特性需要去探索。此外,大多數(shù)的鎖模光纖激光器的單脈沖能量都集中在pJ量級,還需要進一步提升。本文圍繞色散管理對基于NALM鎖模的摻銩光纖激光器進行設(shè)計及研究分析,實現(xiàn)了三種不同色散的NALM鎖模摻銩光纖激光器,其單脈沖能量都達到nJ量級,得到多種輸出特性,在理論和實際應(yīng)用中都有著重要的意義與價值。其主要內(nèi)容包括:1.首先,分析本課題的研究背景和意義,對2μm光纖激光器的鎖模原理和實現(xiàn)鎖模脈沖輸出的關(guān)鍵因素進行分析。對真實可飽和吸收體和人造可飽和吸收體的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和優(yōu)缺點進行對比,為實驗方案的選擇即基于NALM光纖激光器提供有力依據(jù)。然后,分析NALM的基本原理,并對增益介質(zhì)、泵浦源和色散補償元件進行具體分析,繼而提出了基于NALM鎖模的摻銩光纖激光器的實驗設(shè)計方案。2.設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于NALM的全負(fù)色散鎖模摻銩光纖激光器。該激光器輸出光譜并不像傳統(tǒng)的負(fù)色散一樣,而是得到了類噪聲鎖模脈沖輸出特性。時域波形和頻譜的重復(fù)頻率都為5.32 MHz,其大小由諧振腔長度決定且和理論值一致。脈沖信噪比達到60 dB,常見的類噪聲信噪比一般在40~50 dB,說明本文類噪聲鎖模光纖激光器的穩(wěn)定性良好。最大的3 dB帶寬達到18.28 nm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的孤子鎖模帶寬,而且光譜十分的平滑,這是類噪聲鎖模的典型特點。而且當(dāng)泵浦功率不斷增加時,光譜中心波長往長波長方向移動,即出現(xiàn)紅移現(xiàn)象。另外,最大的單脈沖能量達到64.2 nJ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)負(fù)色散鎖模光纖激光器的能量。3.基于色散管理,加入超高數(shù)值孔徑光纖進行色散補償,設(shè)計并實現(xiàn)了一種NALM零色散的鎖模摻銩光纖激光器。在不同泵浦功率下,獲得三種不同類型的鎖模脈沖輸出特性:調(diào)Q鎖模脈沖、單波長鎖模脈沖和雙波長鎖模脈沖。在調(diào)Q鎖模脈沖中,其時域脈沖具有典型的調(diào)Q鎖模脈沖串,光譜圖的中心波長在1987.61 nm,對應(yīng)于的3 dB帶寬為7.97 nm。在單波長鎖模脈沖中,其時域波形圖和射頻譜圖的重復(fù)頻率為7.29 MHz,與理論值保持一致。光譜的3 dB帶寬為11.21 nm,大于傳統(tǒng)的幾個納米帶寬而且光譜是平滑的高斯譜分布曲線,這是零色散附近的典型輸出特征。在雙波長鎖模脈沖中,時域波形是成對的雙脈沖串,射頻譜圖有正常的輕微調(diào)制現(xiàn)象。在零色散附近的光纖激光器中得到了多種動力學(xué)特性,目前還鮮有人報道,為NALM色散管理脈沖動力學(xué)特性的進一步研究提供了重要價值和參考意義。4.為了進一步研究色散對輸出特性的影響,繼續(xù)加入色散補償超高數(shù)值孔徑光纖,實現(xiàn)了一種NALM正色散的鎖模摻銩光纖激光器。在不同的泵浦功率時,得到了基礎(chǔ)鎖模脈沖和各種多脈沖序列�；A(chǔ)鎖模時域波形和射頻譜圖的重復(fù)頻率都為5.24 MHz,信噪比約為57 dB。當(dāng)泵浦功率不斷增加時,中心波長出現(xiàn)紅移現(xiàn)象,波長調(diào)節(jié)范圍為1997.67~1999.58 nm。在泵浦功率超過8.50 W時,出現(xiàn)準(zhǔn)諧波鎖�，F(xiàn)象。繼續(xù)增大功率出現(xiàn)脈沖簇現(xiàn)象,且隨著功率的增加,每組脈沖簇包含的脈沖數(shù)目也增加。另外,當(dāng)泵浦功率保持在9.00 W處不變時,通過調(diào)節(jié)偏振控制器獲得了多脈沖序列,包括脈沖簇序列、混沌多重脈沖序列和周期性調(diào)制脈沖序列。實際上,調(diào)節(jié)偏振控制器會增加或者減少腔內(nèi)的增益損耗,相當(dāng)于增加或減少了泵浦功率,因此出現(xiàn)了一些和調(diào)節(jié)泵浦功率類似的結(jié)果。
【圖文】：

都是單模傳輸模式，工作波長也都在 2 μm 波段。實物圖如圖3.1(d)~(f)所示，，分別為用于耦合泵浦光的(2+1)×1 合束器、2×2 結(jié)構(gòu) 4 端口的 3 dB耦合器和用于輸出檢測的光耦合器。由于 793 nm 半導(dǎo)體激光器輸出端為雙包層光纖，因此用工作波段 793/2000 nm的(2+1)×1 型合束器將泵浦光耦合進腔體中。(2+1)×1 單模合束器共有四個端口，分

接的時候成功率更高，而且減小熔接損耗。最后使用如圖 3.2(e)所示的光纖熔接機對切割好的光纖進行熔接，并進行拉伸測試以確保熔接后的光纖能夠彎曲纏繞等正常工作。光纖熔接機使用的是日本 Fitel 公司制造的保偏型熔接機，它可以熔接保偏類的光纖，還可以熔接不同直徑種類的光纖。本文中，有雙包層光纖和高數(shù)值孔徑光纖分別與普通單模光纖進行熔接，需要選擇不同的熔接程序，而且根據(jù)需要更改放電強度和放電時間，以降低不同光纖種類的熔接損耗。
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN248

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 黃詩盛;王勇剛;李會權(quán);林榮勇;閆培光;;氧化石墨烯被動鎖模摻鐿光纖激光器多脈沖現(xiàn)象的實驗研究[J];物理學(xué)報;2014年08期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 夏漢定;新型鎖模光纖激光器及其動力學(xué)特性研究[D];電子科技大學(xué);2015年

2 毛東;摻鉺鎖模光纖激光的實驗與理論研究[D];中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機械研究所）;2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 何雨蓮;基于光纖非線性效應(yīng)的2μm摻銩光纖激光器的研究[D];電子科技大學(xué);2015年

2 吳黎舒;基于NALM的被動鎖模光纖激光器技術(shù)研究[D];北京交通大學(xué);2013年

本文編號：2678934