【摘要】：近年來,工作波長(zhǎng)在2μm附近的激光器因其在工業(yè)氣體與環(huán)境監(jiān)測(cè)、激光通信與雷達(dá)、聚合物材料加工、激光手術(shù)等方面的應(yīng)用而受到研究者廣泛關(guān)注。摻銩拉曼孤子光纖激光器因其可產(chǎn)生能突破摻銩光纖增益帶寬的寬范圍波長(zhǎng)可調(diào)諧、高能量、近變換極限的超短脈沖成為近年來的研究熱點(diǎn)。摻銩拉曼孤子光纖激光器的實(shí)驗(yàn)研究工作已經(jīng)開展,對(duì)其系統(tǒng)的理論研究工作有待深入。本文利用數(shù)值模擬的研究方法,對(duì)摻銩拉曼孤子光纖激光器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),具體研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)果如下:1.概述了高能量摻銩脈沖光纖激光器、可調(diào)諧摻銩脈沖光纖激光器以及拉曼孤子光纖激光器的應(yīng)用及研究進(jìn)展。2.給出了不同情況下的光脈沖在光纖中傳輸時(shí)所滿足的廣義非線性薛定諤方程,介紹了本文中使用的多模式拉曼響應(yīng)函數(shù),簡(jiǎn)要描述了本文數(shù)值模擬所用的方法——分步傅里葉變換方法。3.利用數(shù)值模擬研究方法,優(yōu)化設(shè)計(jì)了具有啁啾脈沖放大結(jié)構(gòu)的摻銩拉曼孤子光纖激光器。分別研究了高數(shù)值孔徑光纖長(zhǎng)度、雙包層摻銩光纖長(zhǎng)度、摻銩光纖長(zhǎng)度、種子源脈沖寬度和種子源脈沖峰值功率對(duì)拉曼孤子脈沖能量和中心波長(zhǎng)的影響,得到了最高脈沖能量為23.43 nJ、中心波長(zhǎng)在1976-2414 nm范圍內(nèi)可調(diào)諧的拉曼孤子脈沖,給出了高能量可調(diào)諧拉曼孤子光纖激光器對(duì)種子源激光器的要求。4.利用數(shù)值模擬研究方法,對(duì)摻銩拉曼孤子光纖激光器種子源進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。分別研究了單模光纖長(zhǎng)度、高數(shù)值孔徑光纖長(zhǎng)度、摻銩光纖長(zhǎng)度、濾波器帶寬及輸出耦合比對(duì)種子源脈沖的M因子、去啁啾后脈沖寬度和峰值功率的影響,得到了M因子為0.025,去啁啾脈沖寬度為149.4 fs,峰值功率為59.562 kW的種子源脈沖。
【學(xué)位授予單位】：河北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN248
【圖文】：

美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的 Mitschke 和 Mollenauer 報(bào)道了在一段標(biāo)準(zhǔn)的單中，亞皮秒量級(jí)孤子脈沖中心頻率持續(xù)紅移的現(xiàn)象。他們將這種現(xiàn)象稱為孤soliton self-frequency shift ，SSFS）[42]。自此，基于孤子自頻移的拉曼孤子得到了廣泛的研究。1.3.1 拉曼孤子光纖激光器簡(jiǎn)介高功率超短脈沖在非線性介質(zhì)中傳輸時(shí)，由于脈沖寬度很窄，相應(yīng)的光譜很線性介質(zhì)的拉曼增益譜重疊，同一脈沖的藍(lán)移分量通過自感應(yīng)的受激拉曼散紅移分量，將能量從短波長(zhǎng)處轉(zhuǎn)移到長(zhǎng)波長(zhǎng)處，從而脈沖的光譜向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向 1.1 所示。這種頻移最早是在孤子領(lǐng)域中被發(fā)現(xiàn)，所以被稱為孤子自頻移。頻移效應(yīng)的拉曼孤子光纖激光器不受增益帶寬限制，工作波長(zhǎng)在大范圍內(nèi)可產(chǎn)生高能量近變換極限的超短脈沖，并且成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)全光纖化[43]。

圖 1.2 1.7μm 色散位移光纖拉曼孤子光纖激光器[47]Fig.1.2 The 1.7μm dispersion-shifted fiber Raman soliton fiber laser[4京工業(yè)大學(xué)的 Wang 等利用 SESAM 鎖模的摻銩線形腔光采用含有增益的摻銩光纖作為拉曼頻移光纖，將脈寬約為波長(zhǎng)為 1922.8 nm 的種子源脈沖輸入摻銩光纖，并對(duì)摻纖不僅僅起到拉曼頻移光纖的作用，還起到放大器的作用況下，隨著泵浦功率的逐漸增大，拉曼孤子脈沖的能量逐長(zhǎng)漂移、最終得到了輸出功率為 1.16 W，中心波長(zhǎng)可調(diào)9 μm 處最大脈沖能量為 34 nJ 的拉曼孤子光脈沖。限制拉波長(zhǎng)漂移的主要原因是摻銩光纖的基底二氧化硅對(duì)于 2.4實(shí)驗(yàn)裝置如圖 1.3 所示，這是最簡(jiǎn)單的含增益拉曼頻移光

圖 1.2 1.7μm 色散位移光纖拉曼孤子光纖激光器[47]Fig.1.2 The 1.7μm dispersion-shifted fiber Raman soliton fiber laser[47]京工業(yè)大學(xué)的 Wang 等利用 SESAM 鎖模的摻銩線形腔光纖采用含有增益的摻銩光纖作為拉曼頻移光纖，將脈寬約為 2心波長(zhǎng)為 1922.8 nm 的種子源脈沖輸入摻銩光纖，并對(duì)摻銩纖不僅僅起到拉曼頻移光纖的作用，還起到放大器的作用。況下，隨著泵浦功率的逐漸增大，拉曼孤子脈沖的能量逐漸長(zhǎng)漂移、最終得到了輸出功率為 1.16 W，中心波長(zhǎng)可調(diào)諧29 μm 處最大脈沖能量為 34 nJ 的拉曼孤子光脈沖。限制拉曼波長(zhǎng)漂移的主要原因是摻銩光纖的基底二氧化硅對(duì)于 2.4 μ實(shí)驗(yàn)裝置如圖 1.3 所示，這是最簡(jiǎn)單的含增益拉曼頻移光纖

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本文編號(hào)：2772681