發(fā)布時間：2020-06-21 05:17

【摘要】：隨著超短脈沖技術(shù)的飛速發(fā)展,飛秒激光技術(shù)在物理、生物、化學等基礎(chǔ)學科領(lǐng)域,以及在頻率梳光譜、精密計量、微加工等工業(yè)領(lǐng)域的研究引起了廣泛的關(guān)注。然而實用性一直飛秒激光技術(shù)最重要的發(fā)展方向。如今人們對超短激光脈沖又提出了新的實用性需求,即如何使激光器輸出低重復(fù)頻率、高脈沖能量和窄脈沖寬度的脈沖。目前,為了獲取高能量的超短輸出脈沖,可以在激光腔內(nèi)加入雙包層增益光纖或光子晶體光纖等作為增益光纖,提高脈沖能量。然而與普通單模摻雜增益光纖相比,上述兩種方式存在制作難度大,穩(wěn)定性差,影響因子復(fù)雜等缺點。因此本文采用的是單模保偏摻鉺光纖作為增益光纖,同時增加激光器的腔長來降低重復(fù)頻率,提高脈沖能量,最終使激光器直接輸出低重頻高能量的脈沖,這種直接輸出的方式降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度、也減輕了激光器的制作成本。本文在此基礎(chǔ)上從理論上研究了增加腔長引起的色散和非線性效應(yīng)等,并搭建了基于非線性放大環(huán)鏡的全正色散(All-normal Dispersion,ANDi)被動鎖模光纖激光器,最終得到了低重復(fù)頻率、高脈沖能量的飛秒脈沖。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下:1.簡述了低重頻高能量鎖模光纖激光器的研究背景和意義,并針對現(xiàn)在國內(nèi)外研究進展和研究現(xiàn)狀進行總結(jié)。2.敘述了Er3+的光譜特性、能級結(jié)構(gòu)和發(fā)光原理等,從而引出Er3+作為增益介質(zhì)在1550nm處輸出激光脈沖的優(yōu)勢,接著分析各種鎖模光纖激光器的結(jié)構(gòu)、鎖模原理及優(yōu)缺點等,從而引出非線性放大環(huán)鏡作為本文鎖模方式所具有的優(yōu)勢。3.分析了光纖中色散和非線性效應(yīng)對脈沖傳輸?shù)挠绊?并詳細敘述了非線性放大環(huán)境的基本理論推導(dǎo)及啁啾脈沖壓縮理論,并對全正色散被動鎖模光纖激光器進行MATLAB仿真,從而引出本文設(shè)計的基于NALM的全正色散摻鉺鎖模光纖激光器。4.在實驗中搭建了腔長接近100m的長腔被動鎖模光纖激光器,獲得了重復(fù)頻率為1.96MHz,穩(wěn)定的單脈沖能量為4nJ,脈沖寬度為2.5ps的激光輸出脈沖,通過腔外引入一段保偏單模光纖,進一步將脈沖壓縮到660fs,接近變換極限,并測量在10h內(nèi)平均功率的波動在0.17%左右。
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN248
【圖文】：

的分布和濃度摻雜到纖芯中。要研宄光纖激光器的各種性能，需要先了解摻雜的元素、逡逑濃度、以及稀土離子的光譜特性和能級結(jié)構(gòu)等。鉺離子作為一種重要的稀土離子，是逡逑一種典型的激光增益介質(zhì)。圖２－１為Ｅｒ３＋在磷酸鹽玻璃中的吸收光譜圖。逡逑°＇５１邋Ｋｃ－－２ｈ１１／２逡逑１逡逑0４＇１邐，邐４．逡逑，｜邐；Ｇ５／２邐；Ｆ７／２邐＾１１／２邐／，１３／２逡逑0？0邋＾邐ｉ邐Ｊ邐ｉ邐？邐？邐■邐１邐■邐ｊ邐■邐ｉ邐？邐Ｉ邐？邋ｎ逡逑４００邐６００邐８００邐１０００邐１２００邐１４００邐１６００邐１８００逡逑ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋（ｎｍ）逡逑圖２－１邋￡＂ｒ３＋在磷酸鹽玻璃中的吸收光譜圖［５１］逡逑￡ｒ３＋的吸收光譜和發(fā)射光譜的特性取決于摻雜玻璃基質(zhì)的材料性質(zhì)和ｆｒ３＋的自逡逑身性質(zhì)。玻璃基質(zhì)會使￡ｒ３＋能級發(fā)生錯位，能級的錯位會產(chǎn)生斯塔克（Ｓｔａｒｋ）分裂，逡逑８逡逑

熒光的大致過程。逡逑２．１．２邋￡ｒ３＋能級結(jié)構(gòu)逡逑下圖２－２為價３＋的三能級結(jié)構(gòu)及躍遷對應(yīng)的波長示意圖。其中，７邋＆對應(yīng)基態(tài)能逡逑級，４／１３／２對應(yīng)亞穩(wěn)態(tài)能級，４ｊｎ／２對應(yīng)激發(fā)態(tài)能級。逡逑＊邐＼邐４／１１／２激發(fā)態(tài)逡逑＼逡逑＼逡逑＼邋無輻射躍遷逡逑＼逡逑＼逡逑＼逡逑＼逡逑９８0ｎｍ邐—｜邐＾邐４／１３／２邋亞穩(wěn)態(tài)逡逑ｆｇ號光邐放大＿信號光逡逑１４８０ｎｍ邐１５５０ｎｍ逡逑邐邐邐Ｔ邐４邋＿逡逑７邋１５／２基態(tài)逡逑圖２－２邋￡ｒ３＋的三能級結(jié)構(gòu)及躍遷對應(yīng)的波長示意圖逡逑大多數(shù)情況下，摻￡Ｖ３＋光纖激光器的栗浦源為９８０ｎｍ的激光二極管，通過分析逡逑價３＋光譜特性可知，￡ｒ３＋能級躍遷過程主要分為三部分，一是位于基態(tài)的￡ｒ３＋吸收逡逑９８０ｎｍ栗浦光使基態(tài)？｜５／２躍遷至高能級ｊｉ｜／２邋（波長為９８０ｎｍ）；二是由于激發(fā)態(tài)光子逡逑壽命短且其極不穩(wěn)定，高能級（激發(fā)態(tài)）自發(fā)輻射和無輻射躍遷到亞穩(wěn)態(tài)逡逑三是隨著９８０ｎｍ泵浦功率升高，粒子數(shù)不斷增加最終實現(xiàn)反轉(zhuǎn)并釋放光子，最終使逡逑￡ｒ３＋產(chǎn)生受激輻射光放大。由于價３＋亞穩(wěn)態(tài)４／｜３／２能級和基態(tài)ｊ｜５／２能級之間有一定的逡逑寬度，導(dǎo)致?lián)姐s光纖激光器的放大效應(yīng)有一定的范圍，即為圖中所示１５３０ｎｍ－１５６５ｎｍ，逡逑這就包含了處于石英光纖中色散接近零

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李云慶;;基于嵌入式技術(shù)的光纖激光器優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計[J];激光雜志;2019年06期

2 ;中國首臺2萬瓦光纖激光器正式裝機將打破美國禁運[J];現(xiàn)代焊接;2016年12期

3 張寧;;摻銩光纖激光器結(jié)構(gòu)與特性研究[J];北京聯(lián)合大學學報;2018年02期

4 申玉霞;李飛;;基于優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光纖激光器的最優(yōu)設(shè)計[J];激光雜志;2017年02期

5 宋昭遠;姚桂彬;張磊磊;張雷;龍文;;單頻光纖激光器相位噪聲的影響因素[J];紅外與激光工程;2017年03期

6 劉毅;;首臺2萬瓦光纖激光器正式裝機 打破國外技術(shù)壟斷[J];中國設(shè)備工程;2017年01期

7 ;國產(chǎn)光纖激光器進入發(fā)展新階段[J];鍛壓裝備與制造技術(shù);2017年04期

8 李昕芮;王子健;李增;馮玉玲;;雙頻調(diào)制的單環(huán)鉺光纖激光器的混沌產(chǎn)生和同步[J];長春理工大學學報(自然科學版);2016年02期

9 龐雪蓮;;全光纖激光器性能及主要技術(shù)介紹[J];信息技術(shù)與信息化;2015年04期

10 ;光纖激光器特種光纖最新進展及建議[J];功能材料信息;2015年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 全昭;漆云鳳;何兵;周軍;;2μm波段連續(xù)拉曼光纖激光器研究[A];第十四屆全國物理力學學術(shù)會議縮編文集[C];2016年

2 馬建立;姜詩琦;于淼;劉海娜;王軍龍;王學鋒;;1.2kW單主振級全光纖激光器[A];激光聚變能源檢測與驅(qū)動技術(shù)研討會摘要集[C];2015年

3 趙水;段云鋒;張秀娟;王強;鄧明發(fā);孫維娜;;1908nm摻銩全光纖激光器的研究[A];激光聚變能源檢測與驅(qū)動技術(shù)研討會摘要集[C];2015年

4 周軍;何兵;李驍軍;葉青;劉愷;漆云鳳;樓祺洪;陳衛(wèi)標;;高功率光纖激光核心部件與高功率光纖激光器的產(chǎn)業(yè)化[A];第十三屆全國物理力學學術(shù)會議論文摘要集[C];2014年

5 史偉;;高端光纖激光器的研究現(xiàn)狀[A];第十屆全國光電技術(shù)學術(shù)交流會論文集[C];2012年

6 史偉;;基于光纖激光器的太赫茲源[A];第十屆全國光電技術(shù)學術(shù)交流會論文集[C];2012年

7 鎮(zhèn)偉;曹澗秋;陸啟生;;相互注入式光纖激光器耦合陣列相干合成的研究進展[A];第十屆全國光電技術(shù)學術(shù)交流會論文集[C];2012年

8 羅正錢;黃朝紅;蔡志平;許惠英;劉孫麗;;摻磷拉曼光纖激光器的解析解及數(shù)值模擬[A];全國第十二次光纖通信暨第十三屆集成光學學術(shù)會議論文集[C];2005年

9 侯靜;肖瑞;陳子倫;張斌;;3路光纖激光器陣列相干合成輸出[A];中國光學學會2006年學術(shù)大會論文摘要集[C];2006年

10 劉艷格;董孝義;袁樹忠;開桂云;劉波;付圣貴;王志;;全光纖激光器與放大器研究(特邀)[A];中國光學學會2006年學術(shù)大會論文摘要集[C];2006年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 夏燕;烽火通信：光纖激光器用摻鐿光纖實現(xiàn)市場突破[N];人民郵電;2018年

2 MEB記者 余悅;光纖激光器市場爆發(fā) 全球市場規(guī)模超20億美元[N];機電商報;2018年

3 本報記者 趙謙德 見習記者 李萬晨曦;銳科激光打破國外激光設(shè)備壟斷 整合光纖激光器產(chǎn)業(yè)鏈走向高端制造[N];證券日報;2018年

4 深圳商報記者 陳姝 通訊員 楊小彬;“激光打蚊子”機器人將于明年上市[N];深圳商報;2017年

5 記者 文俊 通訊員 余洋歡 實習生 董航;我省研發(fā)國內(nèi)首臺2萬瓦光纖激光器[N];湖北日報;2016年

6 記者 李墨;我國首臺萬瓦光纖激光器在漢問世[N];湖北日報;2013年

7 記者 王進;我國首臺萬瓦連續(xù)光纖激光器問世[N];中國船舶報;2013年

8 本報記者 李波;“萬瓦光纖激光器”促3D打印“成行”[N];中國證券報;2013年

9 記者 鄧洪濤　通訊員 陳俊 李慧;我國光纖激光器跨進全球三強[N];湖北日報;2011年

10 記者 張平陽;首臺國產(chǎn)1000W工業(yè)級光纖激光器在西安誕生[N];西安日報;2012年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 王慶凱;基于二維納米材料的光纖激光器研究[D];湖南大學;2015年

2 云靈;被動鎖模光纖激光器中不同特性孤子的實驗與理論研究[D];中國科學院大學(中國科學院西安光學精密機械研究所);2016年

3 李雕;基于低維納米材料主、被動調(diào)制的脈沖光纖激光器研究[D];西北大學;2018年

4 田愷;時分/波分復(fù)用光纖傳感系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京交通大學;2018年

5 諶亞;新型窄線寬光纖激光器和少模光纖激光器的研究[D];北京交通大學;2018年

6 賈青松;基于光纖激光器的微波信號產(chǎn)生及其應(yīng)用研究[D];長春理工大學;2018年

7 楊超;大模場摻銩全光纖激光器研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2018年

8 郭s

本文編號：2723578