大能量的窄帶皮秒脈沖因持續(xù)時(shí)間短,峰值功率大和光譜純度高而在微加工、生物醫(yī)學(xué)、光譜學(xué)和精密測距等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。被動(dòng)鎖模光纖激光技術(shù)是產(chǎn)生皮秒脈沖的主流方案之一,具有緊湊高效、低成本和免維護(hù)的優(yōu)勢,是近年來的研究重點(diǎn)。本學(xué)位論文圍繞著窄帶皮秒光纖激光與放大關(guān)鍵技術(shù)開展研究,主要工作內(nèi)容包括:第一,基于理論和數(shù)值方法研究了窄帶耗散孤子性質(zhì)與單脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)邊界問題,指出此類激光器中濾波器帶寬對(duì)脈沖寬度和帶寬的支配性作用,弱非線性區(qū)工作特性是限制通過增大腔長降低重復(fù)頻率和激光器輸出脈沖能量低的根本原因。第二,提出并演示一種可保持輸出脈沖譜寬和脈寬不變的降低被動(dòng)鎖模皮秒脈沖重復(fù)頻率方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過插入耦合器抽取腔內(nèi)脈沖能量,通過采用大模場光纖增加腔長,并將其置于耦合器后端脈沖能量較低位置,可有效降低非線性相移積累,使得激光器重復(fù)頻率大幅降低。對(duì)于0.3nm帶寬FBG和SESAM構(gòu)成的全保偏線形腔耗散孤子被動(dòng)鎖模激光器,通過增加腔長激光器重復(fù)頻率成功地降低到1.77MHz,而脈寬和譜寬卻基本不變。該方法適用于任意FBG帶寬的窄帶耗散孤子激光器。第三,提出并演示一種通過對(duì)種子脈沖光譜整形抑制放大器自相位調(diào)制效應(yīng),進(jìn)而提高光纖放大器在保持窄帶輸出時(shí)放大能力的方法。設(shè)計(jì)了一種通過可調(diào)諧陷波濾波器進(jìn)行光譜強(qiáng)度整形的脈沖時(shí)域波形變換方案,有效降低了自相位調(diào)制引起的光譜展寬斜率,提高了光纖放大器的窄帶放大能力;對(duì)11.2ps的種子光源,通過采用光譜整形技術(shù),在0.4 nm的輸出脈沖均方值譜寬條件下,將脈沖能量從14 nJ提高至25.5 nJ。第四,研究了非線性光纖放大技術(shù)。基于1Ops近變換限制種子光源,利用非線性放大技術(shù)獲取了平均功率為5W,脈寬為200fs的脈沖。以上研究結(jié)果對(duì)發(fā)展高品質(zhì)全光纖皮秒激光以滿足微加工、醫(yī)學(xué)、測距和光譜學(xué)等應(yīng)用需求具有重要參考價(jià)值。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN24
【部分圖文】：

?第１章緒論???屬性和實(shí)現(xiàn)極高的能量和峰值功率的潛力［８１］，吸引了國內(nèi)外大量研宄和關(guān)注。??隨著全正色散被動(dòng)鎖模光纖激光器的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，通過在腔內(nèi)插入ｌｎｍ??以下窄帶濾波器，也可產(chǎn)生數(shù)皮秒至數(shù)百皮秒不等脈寬的高光譜純度耗散孤子脈??沖［４５，９０］。２００８年，１＼＾（＊丨１１（＾＾１１等人采用光纖布拉格光柵�。福埃┳鳛闉V波器、??半導(dǎo)體可飽和吸收體（ＳＥＳＡＭ）作為鎖模器件構(gòu)建的線形腔全保偏光纖激光器，??實(shí)現(xiàn)了?４ｐｓ近變換限制的窄帶皮秒激光輸出［９０］，這種光纖激光器由于輸出時(shí)頻??特性與傳統(tǒng)的固體激光器極為類似，且具有結(jié)構(gòu)緊湊、免于維護(hù)、成本低廉等優(yōu)??勢，受到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的重視。??／

??沖的物理圖像，此時(shí)？（０?＝?％＋Ｏ，其中Ｃ是啁嗽參數(shù)。圖２．１給出了?４種不同??類型的超短脈沖電場，脈沖的包絡(luò)函數(shù)和中心波長均相同，分別為１０ｆｓ高斯函??數(shù)和１．５ｐｍ。圖２．１?（ａ）和（ｂ）分別展示了載波包絡(luò)相位〇。為０和ｔｃ／２的脈沖電場??圖像，可見，０）。決定了載波峰值與包絡(luò)極大值的相對(duì)位置，包絡(luò)峰值處并不總??是對(duì)應(yīng)于載波的極大值，從而將會(huì)影響真實(shí)的脈沖電場峰值強(qiáng)度，特別是對(duì)于??光學(xué)周期量級(jí)寬度的脈沖。因此，在２０世紀(jì)末，鈦寶石激光器可以產(chǎn)生５ｆｓ內(nèi)??的脈沖后［１１１］，對(duì)于載波包絡(luò)相位的測量和控制技術(shù)的研宄受到了學(xué)界的廣泛??重視，相關(guān)的研宄直接推動(dòng)了飛秒光學(xué)頻率梳的發(fā)明［１１２］。圖２．１（ｃ）和（ｄ）分別??是具有正和負(fù)線性啁啾時(shí)的脈沖圖像，啁啾參數(shù)Ｃ?＝?±?０．０３／ｆ。??－１？０?⑷?／ｆｆｌｋ?中產(chǎn)０?Ｉ．０?叫?／Ｉ?Ｎ?４＞？＝１＾２??－１．０?：?????．?．?．????－１．０?????Ｉ?－?■?????－４０?－２０?Ｕ?２０?４０?－４０?－２０?０?２０?４０??�。海贺�?｜?：：｜（ｄ）愈：。一??Ｉ。．。一￣??－１．０?＿■?＇■?■?■?■?■?－１．０?■?■?■?．．．??－４０?－２０?０?２０?４０?－４０?－２０?０?２０?４０??Ｔｉｍｅ?（ｆｓ）?Ｔｉｍｅ?（ｆｓ）??圖２．１脈沖的時(shí)域物理圖像??載波振蕩的時(shí)域疏密圖樣直觀地反映了脈沖中心頻率的變化特征

ｒ）＝「￡（／）ｇ（卜ｒ）ｅｘｐ（－ｚＶｙ／）汾?（２．６）??短時(shí)傅里葉變換的思想非常重要，對(duì)一個(gè)正弦調(diào)頻信號(hào)（圖２．２ａ）來說，盡管??其時(shí)間頻率是解析的，如圖２．２（ｂ）紅色實(shí)線所示。利用短時(shí)傅里葉變換的方法??可以在不同的時(shí)刻的微小時(shí)間窗口內(nèi)計(jì)算出頻率（圖２．２ｂ中星標(biāo)），該頻率分布??與窗口中心時(shí)刻一一對(duì)應(yīng)。??二廁曜哪Ｉ?＿?｜?｜?Ｊｉｌｌ?，??ｉｓ?ｉ?｜?ｉｌｌ??￡?８??ａ?６?！??Ｍｌ???０?２?４?６?８?１０??Ｔｉｍｅ（ｓ）??圖２．２正弦調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域圖像（ａ）和時(shí)頻聯(lián)合分布（ｂ）??通過以上的分析，可以看到超短脈沖在時(shí)域和頻域內(nèi)的描述是等價(jià)的。在??不攜帶啁啾時(shí)，脈沖的所有頻域成分是時(shí)間同步的，從時(shí)頻分布圖上看，在脈??沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)畫一條與Ｙ軸平行的直線，應(yīng)當(dāng)包含了脈沖的全部光譜信息。對(duì)??１８??
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