本文選題：飛秒激光　切入點(diǎn)：高平均功率　出處：《天津大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：超短脈沖激光在基礎(chǔ)科研、工業(yè)加工等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用,使得輸出高平均功率、高脈沖質(zhì)量和高光束質(zhì)量的光纖飛秒激光成為近些年來(lái)超短脈沖激光領(lǐng)域重要的研究方向之一。本文通過(guò)優(yōu)化動(dòng)力學(xué)過(guò)程,提升飛秒激光器和放大系統(tǒng)的輸出性能,主要利用多芯光子晶體光纖為切入點(diǎn)構(gòu)建放大系統(tǒng),并對(duì)多芯光子晶體光纖進(jìn)行模式選取和非線性方面的研究,進(jìn)而將高功率飛秒激光應(yīng)用于超連續(xù)譜的產(chǎn)生中。本論文的主要工作概括如下:1:建立了多芯光子晶體光纖多橫模運(yùn)轉(zhuǎn)的速率方程,提出帶有摻雜分布的七芯光子晶體光纖的新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),將輸出同相位超模功率占總功率的百分比從19%提高至70%,實(shí)現(xiàn)了多橫模運(yùn)轉(zhuǎn)中同相位超模主導(dǎo)輸出。2:實(shí)驗(yàn)研究了基于18芯光子晶體光纖的非線性放大系統(tǒng),輸出平均功率高達(dá)110 W且脈沖寬度83 fs的飛秒激光,是多芯光子晶體光纖激光放大系統(tǒng)輸出的最高平均功率記錄。利用光柵和濾波器組成的預(yù)整形裝置優(yōu)化脈沖在放大系統(tǒng)中的動(dòng)力學(xué)過(guò)程,使得輸出平均功率20 W-110 W之間的脈沖均能被壓縮至百飛秒以下。3:實(shí)驗(yàn)研究了高峰值功率脈沖入射下,在18芯光子晶體光纖中非線性效應(yīng)與輸出光斑模式的變化關(guān)系。分析了入射脈沖平均功率、泵浦功率對(duì)于輸出光斑模式的影響,同時(shí)利用濾波器觀測(cè)不同波段光譜對(duì)應(yīng)的橫模模式,實(shí)現(xiàn)了對(duì)于多芯光子晶體光纖超模模式非線性耦合的探索。4:建立了再生放大器的數(shù)值模型,討論了入射脈沖峰值功率、脈沖寬度和放大腔內(nèi)濾波器帶寬對(duì)輸出脈沖的影響;實(shí)驗(yàn)搭建了光纖再生放大器,實(shí)現(xiàn)了入射脈沖13個(gè)腔內(nèi)循環(huán)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn),輸出放大脈沖能量20 nJ,光譜寬度約為60 nm的脈沖。5:研究了高功率飛秒激光在帶隙光子晶體光纖跨帶隙產(chǎn)生超連續(xù)譜的動(dòng)力學(xué)過(guò)程,在產(chǎn)生560 nm-1470 nm的超連續(xù)光譜過(guò)程中,激光能量不僅在帶隙間流動(dòng),也在不同模式間流動(dòng)。首次在多芯光子晶體光纖中實(shí)現(xiàn)超連續(xù)譜的產(chǎn)生,獲得平均功率5.4 W,輸出波長(zhǎng)500 nm-1700 nm的寬帶超連續(xù)譜,研究還發(fā)現(xiàn)短光纖的輸出光斑模式為超模的疊加態(tài)而利用長(zhǎng)光纖則可獲得同相位超模運(yùn)轉(zhuǎn)。
[Abstract]:Ultrashort pulse lasers have important applications in basic scientific research, industrial processing and other fields, resulting in high average power output. Fiber femtosecond laser with high pulse mass and high beam quality has become one of the important research directions in the field of ultrashort pulse laser in recent years. In this paper, the output performance of femtosecond laser and amplification system is improved by optimizing the dynamic process. The amplification system is constructed by using multi-core photonic crystal fiber as the starting point, and the mode selection and nonlinear aspects of the multi-core photonic crystal fiber are studied. Furthermore, the high power femtosecond laser is applied to the generation of supercontinuum spectrum. The main work of this thesis is summarized as follows: the rate equation of multi-transverse mode operation of multi-core photonic crystal fiber is established. A new structure of seven-core photonic crystal fiber with dopant distribution is proposed. The in-phase supermode power is increased from 19% to 70% of the total power, and the in-phase supermode dominant output. 2. The nonlinear amplification system based on 18-core photonic crystal fiber is experimentally studied. Femtosecond laser with an average power of 110 W and a pulse width of 83 fs, It is the highest average output power record of multi-core photonic crystal fiber laser amplification system. The dynamic process of pulse in amplification system is optimized by a preshaping device composed of grating and filter. So that the average output power of 20 W-110 W pulse can be compressed to less than 100 femtosecond. 3. The experimental study of high peak power pulse incident, The relationship between the nonlinear effect and the mode of output spot in 18-core photonic crystal fiber is analyzed. The influence of the average power of incident pulse and pump power on the mode of output spot is analyzed. At the same time, the filter is used to observe the transverse mode mode corresponding to the spectrum of different bands. The exploration of nonlinear coupling of supermode in multi-core photonic crystal fiber is realized. The numerical model of regenerative amplifier is established, and the peak power of incident pulse is discussed. The effect of pulse width and filter bandwidth on the output pulse is studied, and the optical fiber regenerative amplifier is constructed, which can realize the steady operation of 13 intracavity cycles of the incident pulse. Output amplified pulse energy of 20 nJ, spectral width of about 60 nm pulse. 5. The kinetic process of high power femtosecond laser producing supercontinuum spectrum across bandgap photonic crystal fiber is studied. In the process of producing supercontinuum spectrum at 560 nm-1470 nm, the output pulse energy is 20 nJ and the spectral width is about 60 nm. The laser energy flows not only between band gaps but also between different modes. For the first time, the generation of supercontinuum spectrum is realized in multi-core photonic crystal fiber. The average power is 5.4 W and the output wavelength is 500 nm-1700 nm. It is also found that the output spot mode of short fiber is supermode superposition state, and the same phase supermode operation can be obtained by using long fiber.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN24;TN253

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