【摘要】：2-5μm中紅外超連續(xù)(Supercontinuum,SC)光源在頻率計(jì)量、分子光譜學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、國防和安全等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。全光纖SC光源具有結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾能力強(qiáng)、輸出光束質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)而受到研究者的廣泛關(guān)注。在前期工作中,我們研制出了一種新型中紅外氟碲酸鹽(TeO_2-BaF_2-Y_2O_3,TBY)玻璃光纖。與之前報(bào)道的碲酸鹽玻璃光纖、氟化物玻璃光纖和硫系玻璃光纖相比,其具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性及抗激光損傷能力。初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該光纖是一種潛在的可用于研制寬帶、高功率中紅外SC光源的非線性介質(zhì)。在攻讀博士期間,作者圍繞基于全固態(tài)結(jié)構(gòu)氟碲酸鹽玻璃光纖的寬帶寬、高功率中紅外SC光源展開研究,并取得以下研究結(jié)果:(1)首次在拉錐的全固態(tài)結(jié)構(gòu)氟碲酸鹽玻璃光纖中實(shí)現(xiàn)了光譜范圍覆蓋600-5400 nm的寬帶SC光源。實(shí)驗(yàn)中,使用棒管法制備了芯徑為6μm的全固態(tài)氟碲酸鹽玻璃光纖,并進(jìn)一步結(jié)合光纖拉錐技術(shù)制備出色散漸變的拉錐氟碲酸鹽玻璃光纖。利用上述拉錐光纖作為非線性介質(zhì),利用工作波長為2010 nm的飛秒光纖激光器作為泵浦源,實(shí)現(xiàn)了光譜范圍覆蓋600-5400 nm的SC光源,這是目前利用氟碲酸鹽玻璃光纖獲得的輸出光譜最寬的SC光源。當(dāng)泵浦功率為1.57 W時(shí),獲得的SC光源輸出功率約為0.85 W,相應(yīng)的光-光轉(zhuǎn)換效率約為54.1%。(2)利用全固態(tài)氟碲酸鹽玻璃光纖作為非線性介質(zhì),搭建出平均輸出功率為22.7 W、光譜范圍覆蓋1000-3950 nm的SC光源。實(shí)驗(yàn)中,利用芯徑為11μm、長度為60 cm的全固態(tài)結(jié)構(gòu)氟碲酸鹽玻璃光纖作為非線性介質(zhì),利用實(shí)驗(yàn)室自己搭建的~2μm高功率超短脈沖光纖激光器作為泵浦源,當(dāng)入射泵浦功率為39.7 W時(shí),獲得了平均輸出功率為22.7 W、光譜范圍覆蓋1000-3950 nm的中紅外SC光源,相應(yīng)的光-光轉(zhuǎn)換效率約為57.2%。此外,在上述超連續(xù)續(xù)光源運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中,未觀察到氟碲酸鹽光纖有任何損傷。(3)利用色散調(diào)控的全固態(tài)氟碲酸鹽玻璃光纖作為非線性介質(zhì),獲得了調(diào)諧帶寬覆蓋1.96-2.82μm的中紅外拉曼孤子激光。實(shí)驗(yàn)中,利用芯徑為2.7μm、50 cm長的全固態(tài)氟碲酸鹽玻璃光纖作為非線性介質(zhì),利用工作波長為1960 nm的飛秒光纖激光器作為泵浦源,在孤子自頻移的作用下,獲得了調(diào)諧帶寬覆蓋1.96-2.82μm的中紅外拉曼孤子激光。其中,波長為2.82μm拉曼孤子激光的脈沖寬度約為93 fs,其光-光轉(zhuǎn)換效率約為18%。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ174.1;TN253
【圖文】：

圖 1.1 各種氣體在中紅外波段的吸收譜線。療方面，細(xì)胞組織在 2-5 μm 波段具有強(qiáng)烈的吸收，，生物成像等方面的應(yīng)用。2009 年，美國密西根大2.6-3.8 μm 波段的中紅外超連續(xù)光源測試了蛋黃和內(nèi)行了生物組織的區(qū)分損傷實(shí)驗(yàn)[34]。隨著中紅外超 μm 波段的中紅外超連續(xù)光譜在醫(yī)療領(lǐng)域一定會(huì)擔(dān)任

圖 1.2 鍺基玻璃光纖中輸出的超連續(xù)光譜。年，國防科技大學(xué)的 Yin 等人使用鍺基玻璃光纖實(shí)現(xiàn)了高外超連續(xù)光源。將一段 12 cm 長的鍺基玻璃光纖和摻銩進(jìn)行熔接處理。將放大器中輸出 1.9-2.7 μm 的超連續(xù)光中，可以將超連續(xù)光譜的長波帶寬擴(kuò)展至中紅外波段，圍為 1.9-3.6 μm，輸出功率為 6.12 W 的中紅外超連續(xù)光 dB 帶寬為 1944-3450 nm，波長大于 3000 nm 的超連續(xù)光 2.9 W，相應(yīng)的功率占比約為 47.4%，不同泵浦功率下，1.3所示[63]。

第 1章 引言在鍺基玻璃光纖中實(shí)現(xiàn)的最高輸出功率的超連續(xù)光源，但是由于鍺基玻璃光纖在波長大于 3 μm 波段的傳輸損耗急劇上升，如圖 1.4 （a）中黑色實(shí)線所示。導(dǎo)致超連續(xù)光譜的蓋覆蓋范圍為 2-3 μm，不同功率下輸出的超連續(xù)光譜的演化如圖 1.4 （b）所示[64]。

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本文編號(hào)：2785206