本文關鍵詞：摻鐿光纖光學頻率梳產(chǎn)生及高功率放大技術研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：基于鎖模激光器輸出超短脈沖序列的時頻域精密控制所發(fā)展的光學頻率梳,是開展高精度光學頻率計量、高分辨率激光光譜、高精密激光測距、低噪聲微波信號產(chǎn)生等領域研究的重要工具。尤其是將摻鐿光纖光梳與大模場面積雙包層光纖放大技術相結合實現(xiàn)高功率光梳,它不僅能驅動目前的可見光或近紅外光梳技術向極紫外或中紅外波段拓展,更將帶動下一代原子核光鐘、紫外精密光譜學、阿秒超快科學等重要學科前沿和尖端技術的發(fā)展與進步。本論文圍繞摻鐿光纖光梳產(chǎn)生與高功率放大這一主題展開研究,并以“光纖激光超短脈沖產(chǎn)生一脈沖載波包絡相位探測與噪聲抑制—光梳頻率控制與鎖定—超短脈沖高功率放大”作為研究主線,依次進行了被動鎖模摻鐿光纖激光器色散管理、基于光子晶體光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生、自參考f-2f拍頻探測、載波包絡相位噪聲抑制、鎖相環(huán)電路反饋穩(wěn)頻、啁啾脈沖放大以及超短脈沖自相似放大等方面的研究。論文實現(xiàn)了自參考摻鐿光纖光梳的相位噪聲抑制,并基于自行研發(fā)的數(shù)字鎖相環(huán)電路獲得了連續(xù)鎖定時間超過1小時、鎖定頻率精度為85 mHz的穩(wěn)頻載波包絡偏移頻率信號輸出。同時,采用預啁啾管理的自相似放大技術獲得了平均功率為80 W,脈沖寬度為38 fs的高功率超短脈沖。本論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點概括如下：1.研制成超短脈沖鎖模摻鐿光纖激光振蕩器,為發(fā)展摻鐿光纖光梳及開展超短脈沖放大提供可靠的種子源。采用單模摻鐿光纖作為增益介質,基于非線性偏振旋轉鎖模技術搭建了一套重復頻率為60 MHz、中心波長為1030nm的光纖振蕩級系統(tǒng)。通過色散管理技術,選擇將鎖模激光器運行于展寬脈沖鎖模區(qū)間,獲得了最短脈沖寬度為56 fs,光譜寬度為38nm的近紅外超短脈沖。2.實現(xiàn)了對載波包絡偏移頻率f0信號的實時探測以及對載波包絡相位噪聲的有效抑制。優(yōu)化選擇合適的泵浦條件及光子晶體光纖參數(shù),獲得了光譜覆蓋范圍600～1300 nm超過一個倍頻程的寬帶超連續(xù)譜。基于自參考f-2f拍頻技術,選取610nm與1220nm光譜成分相拍,探測到信噪比為30 dB與f0相關的拍頻信號。發(fā)展了相應的載波包絡相位噪聲抑制方案,改善f0頻率漂移和抖動。通過降低泵浦功率幅度抖動減小f0頻率快漂,將自由運行線寬由初始的450kHz減小至170kHz；通過抑制外界環(huán)境抖動,將f0頻率慢漂由每小時28 MHz減小到小于3 MHz。3.開展超短脈沖時一頻域精密控制研究,完成對光纖光梳重復頻率fr與載波包絡偏移頻率而兩個自由度的頻率鎖定,研制出穩(wěn)頻輸出的自參考摻鐿光纖光梳系統(tǒng)�；陔娐锋i相環(huán)技術,通過反饋調制壓電陶瓷的驅動電壓控制腔長變化,實現(xiàn)了中心頻率約為60 MHz,頻率精度為1.44 mHz的重復頻率fr鎖定。采用以AD9901芯片為核心的數(shù)字鎖相環(huán)電路,通過反饋控制泵浦源電流,實現(xiàn)了載波包絡偏移頻率f0信號穩(wěn)頻。在優(yōu)化設計環(huán)路濾波器的條件下,獲得了中心頻率為20 MHz,鎖定頻率精度為85 mHz,線寬為295 Hz的穩(wěn)頻f0信號輸出。4.研制出高重復頻率、高功率超短脈沖光纖放大系統(tǒng)。采用啁啾脈沖放大技術與大模場面積雙包層光纖放大技術相結合的方式,通過優(yōu)化設計全光纖類型的脈沖展寬器,抑制高階色散導致的脈沖畸變,獲得了最大功率平均值為239 W,可長期穩(wěn)定運行的基模高功率脈沖輸出,壓縮后的超短脈沖最高輸出功率為157 W,脈沖寬度為646 fs。發(fā)展自相似放大技術,克服了超短脈沖放大過程中的非線性效應與有限增益帶寬制約性難題,通過預啁啾管理方案加速增益光纖內(nèi)超短脈沖演變,實現(xiàn)了壓縮后平均功率為80 W,脈沖寬度為38 fs的超短脈沖輸出。5.探索產(chǎn)生紫外波段超短脈沖方法。基于對自相似放大器輸出脈沖的非線性頻率轉換過程,獲得了中心波長從253.9nm至268.0nm寬帶可調諧的深紫外激光,并在259nm中心波長處實現(xiàn)了最高平均功率為1.33 W的紫外脈沖輸出。
【關鍵詞】：光纖激光器 光學頻率梳 非線性偏振旋轉 鎖相環(huán) 載波包絡相位穩(wěn)定 自相似放大 非線性頻率轉換
【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN248
【目錄】：

• 論文摘要6-8
• Abstract8-17
• 第一章 前言17-29
• 1.1 研究背景介紹17-25
• 1.1.1 光學頻率梳技術及發(fā)展歷程18-20
• 1.1.2 高功率光纖光梳的研究進展20-22
• 1.1.3 光學頻率梳的應用22-25
• 1.2 選題的意義、論文的主要工作及創(chuàng)新點25-29
• 1.2.1 選題的意義25-26
• 1.2.2 論文的主要工作和創(chuàng)新點26-27
• 1.2.3 創(chuàng)新點27-29
• 第二章 鎖模摻鐿光纖激光器研究29-45
• 2.1 摻鐿光纖激光器介紹29-34
• 2.1.1 光纖的基本介紹29-33
• 2.1.2 摻鐿光纖器的輸出光譜特征33-34
• 2.2 光纖激光器鎖模技術介紹34-39
• 2.2.1 可飽和吸收體鎖模技術35-36
• 2.2.2 非線性光纖環(huán)形鏡鎖模技術36-38
• 2.2.3 非線性偏振旋轉鎖模技術38-39
• 2.3 非線性偏振旋轉鎖模摻鐿光纖激光器實驗研究39-44
• 2.3.1 實驗裝置圖介紹40-41
• 2.3.2 色散管理與鎖模區(qū)間研究41-42
• 2.3.3 超短脈沖鎖模摻鐿光纖激光器的輸出特性研究42-44
• 2.4 小結44-45
• 第三章 載波包絡相位探測與噪聲抑制45-64
• 3.1 自參考f-2f技術探測載波包絡相位研究45-54
• 3.1.1 載波包絡相位探測技術介紹47-48
• 3.1.2 光子晶體光纖超連續(xù)譜展寬的實驗研究48-52
• 3.1.3 摻鐿光纖激光器載波包絡偏移頻率探測的實驗研究52-54
• 3.2 載波包絡相位噪聲抑制技術研究54-58
• 3.2.1 載波包絡相位噪聲來源55-56
• 3.2.2 載波包絡相位噪聲的抑制56-58
• 3.3 亞諧波鎖模狀態(tài)載波包絡相位研究58-63
• 3.3.1 亞諧波鎖模脈沖形成機理59-61
• 3.3.2 亞諧波鎖模載波包絡相位特征分析61-63
• 3.4 小結63-64
• 第四章 光纖光梳頻率鎖定技術研究64-76
• 4.1 鎖相環(huán)技術的基本原理64-67
• 4.2 重復頻率鎖定實驗研究67-69
• 4.3 載波包絡相位鎖定的實驗研究69-75
• 4.3.1 AD9901數(shù)字鑒相器介紹70-71
• 4.3.2 鎖頻電路設計方案71-73
• 4.3.3 頻率鎖定結果與討論73-75
• 4.4 小結75-76
• 第五章 高功率超短脈沖光纖放大技術研究76-109
• 5.1 高功率摻鐿激光技術76-79
• 5.1.1 碟片激光器76-77
• 5.1.2 板條激光器77-78
• 5.1.3 光纖激光器78-79
• 5.2 高功率超短脈沖光纖放大制約因素分析79-84
• 5.2.1 非線性效應80-82
• 5.2.2 端面損傷82-83
• 5.2.3 模式不穩(wěn)定83-84
• 5.3 高功率超短脈沖光纖放大的關鍵技術84-89
• 5.3.1 包層泵浦技術85
• 5.3.2 大模場面積光纖模式控制技術85-86
• 5.3.3 雙包層光子晶體光纖端面處理技術86-87
• 5.3.4 啁啾脈沖放大技術87-88
• 5.3.5 分離脈沖放大技術88-89
• 5.4 光纖啁啾脈沖放大實驗研究89-95
• 5.4.1 全光纖脈沖展寬器設計90-92
• 5.4.2 高功率脈沖放大實驗研究92-93
• 5.4.3 超短脈沖壓縮實驗研究93-95
• 5.5 自相似超短脈沖放大技術研究95-103
• 5.5.1 自相似放大的基本原理96-98
• 5.5.2 預啁啾管理對輸出脈沖的影響98-100
• 5.5.3 超短脈沖自相似放大的輸出特性100-103
• 5.6 寬帶可調諧紫外脈沖產(chǎn)生的實驗研究103-108
• 5.6.1 實驗裝置圖介紹104
• 5.6.2 二次諧波產(chǎn)生綠光實驗研究104-106
• 5.6.3 四倍頻產(chǎn)生寬帶可調諧深紫外激光實驗研究106-108
• 5.7 小結108-109
• 第六章 總結與展望109-111
• 6.1 論文工作總結109-110
• 6.2 未來工作展望110-111
• 參考文獻111-125
• 攻讀博士學位期間發(fā)表的論文125-127
• 致謝12

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  本文關鍵詞：摻鐿光纖光學頻率梳產(chǎn)生及高功率放大技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：336069