目前,被動鎖模光纖激光器已經(jīng)被廣泛使用在工業(yè)、醫(yī)療、生物和非線性光學(xué)等應(yīng)用領(lǐng)域�？娠柡臀阵w作為被動鎖模激光器中非常重要的器件之一,利用其能夠吸收低功率信號、透射高功率信號的特性獲得幅度調(diào)制特性,以實現(xiàn)鎖模。其中,基于光纖的可飽和吸收體包括非線性光纖環(huán)路鏡、非線性放大環(huán)路鏡等。目前,雙芯光纖由于其特殊的纖芯結(jié)構(gòu),已被驗證能夠作為可飽和吸收體。然而,對于雙芯光纖可飽和吸收特性的研究大多基于準連續(xù)耦合方程,雖然可以滿足脈沖寬度較大的情況,但對于飛秒級的超短光脈沖傳輸并不適用�；谏鲜鲅芯勘尘�,本文在考慮超短脈沖的情況下,針對基于高非線性雙芯光纖實現(xiàn)可飽和吸收特性進行了深入研究。首先,本文對雙芯光纖進行仿真分析,初步分析耦合系數(shù)與纖芯標準化間距、非線性系數(shù)與波長的關(guān)系。接下來數(shù)值求解準連續(xù)波耦合方程,從結(jié)果可知,在確定入射波長時,為了獲得較低的可飽和吸收體飽和功率,可以適當增加標準化間距以減弱相鄰纖芯間線性耦合,或者通過適當增加入射光功率來增強非線性作用�；诖私Y(jié)論,為下一步研究超短脈沖在雙芯光纖中的特性提供了參數(shù)選擇依據(jù)。其次,本文基于超短脈沖傳輸耦合方程研究了光脈沖通過雙芯光纖實現(xiàn)可飽和吸收動態(tài)特性。與準連續(xù)耦合方程不同之處在于,超短脈沖傳輸耦合方程除了自相位調(diào)制和線性耦合,還考慮的影響因素包括光纖的受激拉曼散射(SRS)、自陡和色散作用,同時,論文還分析了光纖結(jié)構(gòu)和入射脈沖參數(shù)對雙芯光纖輸出脈沖的時域波形、頻譜和透射率的影響。本文分別求解只忽略SRS、色散或自陡效應(yīng)項后的耦合方程,以研究以上因素分別對輸出特性的影響。通過與求解完整超短脈沖傳輸耦合方程結(jié)果相對比,在本文選用的纖芯材料和光纖結(jié)構(gòu)下,脈沖寬度小于1ps時,SRS會使飽和功率降低;色散作用會導(dǎo)致脈沖時域展寬以降低脈沖的峰值功率,從而減弱非線性所致飽和作用;自陡效應(yīng)對此時的透射率的影響可以忽略。最后,本文將雙芯光纖可飽和吸收體應(yīng)用于全正常色散被動鎖模光纖激光器中,并且進行數(shù)值計算分析。結(jié)果表明,基于高非線性雙芯光纖可飽和吸收體的鎖模光纖激光器可以實現(xiàn)自相似拋物脈沖波形的輸出。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN248
【部分圖文】：

應(yīng)使脈沖中能量較高的部分在漂白時間內(nèi)無損耗通過。在石墨烯的可飽和吸收過??程中存在兩個弛豫時間，前者在０．４ｐｓ？１．７ｐｓ范圍，可起到啟動鎖模的作用；而后??者為７０ｆｓ？１２０ｆｓ，可以有效壓縮脈寬，穩(wěn)定鎖模。其實現(xiàn)鎖模的結(jié)構(gòu)如圖１－４所??示。由于石墨烯零帶隙能帶的特殊結(jié)構(gòu)，使得其吸收作用在很寬的波長范圍內(nèi)都有??效。同時，石墨烯還具有其它很多優(yōu)點，包括較短的弛豫時間、較大的導(dǎo)熱系數(shù)、??較高的非線性系數(shù)以及較為低廉的成本，因此石墨烯被認為是理想的可飽和吸收??體材料Ｐ４１Ｐ５１。??碳納米管的管狀形態(tài)會產(chǎn)生很大的散射損耗，提高了鎖模閾值，限制了激光輸??出功率和效率。石墨烯只適用于功率較低的情況下，否則會因發(fā)熱造成損傷，影響??其可靠性。另外兩者在調(diào)制深度上都是有限的，不適用于超短脈沖的發(fā)生［２６】。??１４８０ｎｍ泵浦激光器??▲?Ｊ?＿?隔離器??１?ａｔ?１?＇．??—用一■??Ｊｙ?＼?Ｉ???１１１…＂＿｜????Ｌ?１?＾耦合器??Ｔ?３０％輸出??圖１－４石墨烯可飽和吸收體鎖模結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕ

光子晶體光纖［３ＱＨ３２】，本文使用的是普通意義的雙芯實心光纖。文獻［３３］中提出了??一種硫化物玻璃制成的新型同心光纖結(jié)構(gòu)，用作被動鎖模光纖激光器中的可飽和??吸收體。該同心光纖的結(jié)構(gòu)如圖１－５所示，這是一種同心圓形式的非線性開關(guān)和??鎖模器件，由具有相同折射率的中心圓形芯和環(huán)形芯組成，這種結(jié)構(gòu)被稱之為雙中??心結(jié)構(gòu)（ＴＣＣ）【３４］。選擇這種結(jié)構(gòu)的一個原因是其制造工藝簡單，在光纖徑向拉制??的過程中能夠更容易地控制誤差。另一個原因是該光纖的中心纖芯能夠更加容??易地對準激光器諧振腔中的單模光纖，性能上也更加強大。??（■?；＂?．：■�。�??＿ｎｓＸｉ＾??ｎ?ｒ２?ｒ３??圖１－５光纖的橫截面視圖和折射率分布圖??Ｆｉｇｕｒｅ?１－５?Ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｌ?ｖｉｅｗ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ?ｉｎｄｅｘ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｉｂｅｒ??全光纖鎖模裝置如圖１－６所示，光束通過輸入單模光纖注入到雙芯光纖耦合??器的中心纖芯中，并從另一端的單模光纖輸出。輸入光束的模場分布是近似高斯光??束的對稱形式，所以通過將輸入端單模光纖的纖芯與同心圓結(jié)構(gòu)構(gòu)成的光纖耦合??６??

在耦合器中將只有零角動量模式ｌ３６］。對于低功率的輸入光，兩個纖芯之間周期性交換。對于高功率的輸入光，產(chǎn)生的非線性效應(yīng)將導(dǎo)的折射率。從而導(dǎo)致模式的傳輸常數(shù)發(fā)生變化，造成兩個纖芯對應(yīng)傳位失配，并因此會降低纖芯之間的耦合效率，這意味著光將主要保存在７］。因此，如果脈沖在長度等于半拍長的耦合器中傳輸，其低功率的部分到相鄰的纖芯，而其高功率的中心將保持在輸入纖芯［３８１，從而實現(xiàn)可性。??
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 趙磊;隋展;朱啟華;張穎;左言磊;;分步傅里葉法求解廣義非線性薛定諤方程的改進及精度分析[J];物理學(xué)報;2009年07期

2 張偉;陳國夫;趙衛(wèi);王屹山;李喆;侯洵;;非線性放大環(huán)形鏡“8”字腔光纖激光器實驗研究[J];光子學(xué)報;2006年12期

本文編號：2870751