在過去的幾十年里,被動(dòng)鎖模的超短脈沖激光器在材料加工,光子-微波學(xué)和太赫茲光譜學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模技術(shù)是一種基于疊加脈沖鎖模原理的被動(dòng)鎖模技術(shù),相比于其他被動(dòng)鎖模技術(shù),比如一些可飽和吸收體(半導(dǎo)體可飽和吸收鏡,碳納米管、石墨烯等)具有高損傷閾值,快速響應(yīng),固有噪聲低,對(duì)波長不敏感等優(yōu)點(diǎn);相比于非線性環(huán)形鏡,又具有易于調(diào)節(jié),技術(shù)成熟,容易實(shí)現(xiàn)鎖模自啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。然而這種鎖模技術(shù)對(duì)于環(huán)境的擾動(dòng)十分敏感,一旦光纖中隨機(jī)雙折射改變脈沖的偏振狀態(tài),鎖模就可能會(huì)被破壞。一個(gè)能夠消除環(huán)境干擾,并將激光器的應(yīng)用場景提升至實(shí)驗(yàn)室外的有效方案是將普通的單模光纖替換成保偏光纖。近年來,在保偏光纖中利用非線性偏振演化技術(shù)實(shí)現(xiàn)鎖模的方案得到了不斷地優(yōu)化。但這些方案的實(shí)現(xiàn)仍然需要依靠比較長的光纖,文獻(xiàn)中所報(bào)道的重復(fù)頻率都低于50MHz。因此,如何縮短鎖模實(shí)現(xiàn)所需的長度并提高脈沖的重復(fù)頻率,成為進(jìn)一步提高此類激光器參數(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:1.概述了摻鐿光纖中的能級(jí)結(jié)構(gòu),色散與非線性效應(yīng),非線性薛定諤方程以及金斯堡朗道方程,介紹了運(yùn)算精度更高的相互作用表象下的四階龍格-庫塔數(shù)值求解方法,最后分析了光纖激光器中的噪聲來源及測量方法。2.研究了全正色散區(qū)域摻鐿光纖振蕩器中脈沖的矢量演化過程。首先介紹了標(biāo)量條件下的耗散型孤子的解析解;基于耦合金斯堡-朗道方程,波片和偏振分束棱鏡的瓊斯矩陣對(duì)脈沖演化進(jìn)行了仿真,并分析了脈沖在進(jìn)入檢偏器之前在各偏振方向上的狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,時(shí)域波形與光譜的變化與仿真結(jié)果類似,總結(jié)得出矢量特性來源于兩正交偏振方向的不同脈沖特性。3.基于前期的理論與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備,對(duì)保偏光纖中采用非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模進(jìn)行了探究。理論計(jì)算得出了利于鎖模實(shí)現(xiàn)的最佳的起偏熔接角度,通過數(shù)值仿真研究了脈沖演化的動(dòng)力學(xué)過程,并探究了非線性偏振演化部分光纖長度對(duì)于建立鎖模的影響。實(shí)驗(yàn)上采用計(jì)算得出的起偏熔接角度,實(shí)現(xiàn)了在腔長1.9m的保偏激光器中,獲得了重復(fù)頻率為111MHz的鎖模脈沖。偏振分束器輸出端脈沖寬度約為1.32ps,可通過光柵對(duì)壓縮至192fs,光譜寬度約為17.5nm。該振蕩器鎖模閾值約為203mw,輸出脈沖穩(wěn)定且可以實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng),在無任何保護(hù)措施下的噪聲特性相比于普通單模光纖振蕩器有極大提升,1kHz到10MHz的時(shí)間抖動(dòng)約為6.41fs,相對(duì)強(qiáng)度噪聲約為0.0052%。最后探究了基于非線性演化鎖模的全保偏光纖化方案的最佳檢偏熔接角度,通過計(jì)算透射率曲線得出:對(duì)于任意起偏熔接角度,最佳檢偏熔接角度始終為45°。
【學(xué)位單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN248
【部分圖文】：

q q1cL ，q q1 ，q q1 0E E E (1-2)此時(shí)，該電場分量可以進(jìn)一步表示為：0 0[( ) ]( )i q t qq qE t E e (1-3)這 2N+1 個(gè)縱模電場的合成電場為：0 0 0 0( t+ ) ( )( t+ )0 0( ) cos ( )N Ni i q t qiq N q NE t E e e E e q t (1-4)進(jìn)一步化簡可得其時(shí)域的包絡(luò)強(qiáng)度為[6]：2 20221sin (2 1)( )2( ) ( )1sin ( )2E N tI t E tt (1-5)由式（1-5）可以發(fā)現(xiàn)光場的時(shí)域強(qiáng)度 I(t)表現(xiàn)為脈沖時(shí)域包絡(luò)的疊加，當(dāng) N 取1、2、3 時(shí)，即有 3、5、7 個(gè)不同模式相干疊加時(shí)，脈沖的光場強(qiáng)度可以由圖 1.1表示。

圖 1-2 四種典型的孤子型振蕩器分別產(chǎn)生（a）孤子；（b）耗散孤子；（c）色散管理孤子；（d）被動(dòng)自相似子。圖 1-2 展示了產(chǎn)生四種典型類型的孤子的振蕩器結(jié)構(gòu)。其中 SA 是指飽和吸制，OC 代表輸出耦合，SMF 是指單模光纖，Gain 是指增益，SPM 代表自相制，GVD 表示群速度色散，DDL 表示色散延遲線。圖（a）表示的是傳統(tǒng)孤Soliton），它需要滿足色散與非線性的平衡，腔內(nèi)色散是全負(fù)的[7-8]；圖（b）的是耗散孤子（Dissipative soliton）它需要色散與非線性，增益與損耗的平衡滿足，腔內(nèi)一般是大的正色散或者全正色散[9]；圖（c）是產(chǎn)生色散管理孤Dispersion-managed soliton），它需要滿足色散與非線性的平衡，腔內(nèi)一般是正與負(fù)色散都存在，腔內(nèi)演化表現(xiàn)為在一個(gè)循環(huán)內(nèi)具有展寬-壓縮過程[10]；圖（產(chǎn)生被動(dòng)自相似子（Self-Similar），它不屬于哈密頓系統(tǒng)，需要同時(shí)滿足色散線性，增益與損耗的平衡，屬于耗散系統(tǒng)，在一個(gè)循環(huán)內(nèi)會(huì)出現(xiàn)脈沖時(shí)域形狀相似演化[11]。

第一章 緒論耗大一些，從而實(shí)現(xiàn)脈沖的窄化；第二類可以稱為疊加脈沖鎖模[12]，它是一種等效可飽和吸收體，實(shí)質(zhì)是通過相干疊加實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖時(shí)域的窄化調(diào)制，比如非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模，非線性環(huán)形鏡或者非線性放大環(huán)形鏡鎖模。由于非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模具有高損傷閾值，快速響應(yīng)，固有噪聲低，對(duì)波長無要求，易于調(diào)節(jié)，技術(shù)成熟，容易實(shí)現(xiàn)鎖模自啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，在各種鎖模光纖激光器中已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用本文也正是圍繞這一鎖模技術(shù)進(jìn)行研究。1.2 非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模技術(shù)非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模技術(shù)作為一種典型的疊加脈沖鎖模，其原理可以通過一個(gè)非線性馬赫-曾德干涉儀模型來解釋[13]。
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本文編號(hào)：2861227