超短脈沖激光在工業(yè)、軍事和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有非常多的應(yīng)用,例如激光加工、激光手術(shù)、太赫茲波的產(chǎn)生、光學(xué)成像和超連續(xù)譜的產(chǎn)生等。而被動(dòng)鎖模光纖激光器由于緊湊的結(jié)構(gòu)、低廉的價(jià)格、穩(wěn)定的工作狀態(tài)以及能產(chǎn)生高質(zhì)量超短脈沖的特點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于這些領(lǐng)域。本論文對(duì)被動(dòng)鎖模光纖激光器中的孤子參量調(diào)控進(jìn)行了研究和分析。通過調(diào)整被動(dòng)鎖模光纖激光器的結(jié)構(gòu)和參數(shù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光器輸出孤子類型、孤子脈沖寬度、孤子中心波長以及孤子間距的調(diào)控,論文的主要內(nèi)容如下:1.在被動(dòng)鎖模的摻鉺和摻銩光纖激光器中分別實(shí)現(xiàn)了1.55μm和2μm波段傳統(tǒng)孤子、展寬脈沖和耗散孤子的輸出,并在同一個(gè)光纖激光器中實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)孤子和展寬脈沖的轉(zhuǎn)換輸出。首先,通過搭建負(fù)色散、近零色散和正色散的單壁碳納米管鎖模摻鉺和摻銩光纖激光器,分別得到了1.55μm和2μm波段三種不同類型的孤子。其次,設(shè)計(jì)了一個(gè)色散略小于零的光纖激光器,并在腔內(nèi)引入非線性偏振旋轉(zhuǎn)濾波效應(yīng),調(diào)節(jié)腔內(nèi)的偏振控制器可以改變?yōu)V波的帶寬進(jìn)而改變孤子脈沖的展寬因子。當(dāng)展寬因子足夠大時(shí),激光器輸出展寬脈沖;當(dāng)展寬因子足夠小時(shí),激光器則輸出傳統(tǒng)孤子。2.通過色散管理實(shí)現(xiàn)了對(duì)孤子脈沖寬度的調(diào)控,并... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)陜西省

【文章頁數(shù)】：107 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

激光器鎖模時(shí)輸出的脈沖

第1章緒論7纖的交接處被最大限度地展寬，而在正色散光纖和負(fù)色散光纖的中間部位被最大限度地壓縮[66]。輸出脈沖具有較大的脈沖能量和較寬的光譜寬度，但是脈沖的峰值功率較低，輸出脈沖具有較大的啁啾。這種啁啾可以通過色散光纖或者光柵等在腔外被壓縮從而形成具有超高峰值功率和超短脈寬的脈沖。另外展寬脈沖還具有一個(gè)顯著的特點(diǎn)，展寬脈沖的光譜非常干凈光滑，沒有傳統(tǒng)孤子的邊帶，這是由于周期性的色散變化會(huì)導(dǎo)致孤子輻射的色散波無法滿足相位匹配的條件，不能發(fā)生干涉形成孤子邊帶。圖1.2展寬脈沖在光纖激光器內(nèi)的演化示意圖[66]。Figure1.2Theschematicdiagramofevolutionofstretchedpulseinafiberlaser[66].1.2.3.3自相似脈沖2004年，Wise等人得到了在正色散光纖中傳輸?shù)淖韵嗨泼}沖[67]。自相似脈沖是一種啁啾的拋物型脈沖，單脈沖能量可到達(dá)10nJ。自相似脈沖是腔內(nèi)光纖的負(fù)色散、非線性與摻雜光纖的光譜濾波效應(yīng)、非線性增益、正色散達(dá)到平衡后產(chǎn)生的。自相似脈沖也被稱為自相似子（Similaritons），脈沖在腔內(nèi)傳輸時(shí)一直在展寬避免了脈沖發(fā)生分裂[68]-[71]。光纖激光器在腔內(nèi)色散略大于零時(shí)會(huì)輸出自相似脈沖，由于激光器工作在正色散區(qū)域，脈沖在諧振腔內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)積累一些線性相移，因此脈沖在傳輸過程中光譜寬度會(huì)增加，并且能夠承受更高的脈沖能量而不發(fā)生分裂。由于自相似脈沖

被動(dòng)鎖模光纖激光器中的孤子參量調(diào)控研究8在光纖中傳播時(shí)是一直展寬的，不符合孤子脈沖的概念，因此在激光器中還需要一種機(jī)制使它重回到孤子狀態(tài)。這種過渡機(jī)制一般是由光譜濾波器來完成，不僅在光譜上還在時(shí)域上縮短了脈沖，這是由于高啁啾脈沖的前后沿也對(duì)應(yīng)于光譜上的前后沿，因此在濾除光譜的時(shí)候也將脈沖寬度降低。1.2.3.4耗散孤子20世紀(jì)90年代，研究人員發(fā)現(xiàn)孤子不僅可以存在于守恒的哈密頓系統(tǒng)（Hamiltoniansustem），也廣泛地存在于非保守系統(tǒng)中—包含非線性增益和損耗的非線性光學(xué)系統(tǒng)，新的孤子概念“耗散孤子”被提出[72]-[74]。耗散孤子可由腔內(nèi)凈色散為正的激光器輸出，它不僅需要腔內(nèi)非線性效應(yīng)和色散效應(yīng)達(dá)到平衡，還需要腔內(nèi)的增益和損耗之間達(dá)到平衡，其中增益和損耗之間的平衡占據(jù)主導(dǎo)作用，如圖1.3所示[75]。在保守系統(tǒng)中，孤子的傳輸方程在給予一套參數(shù)后有無數(shù)的孤子解，而耗散系統(tǒng)中的傳輸方程只有一個(gè)局部解，因此耗散孤子的能量、光譜以及啁啾是直接由傳輸方程的參數(shù)決定的，而與激光器最初的狀態(tài)無關(guān)[75]。與傳統(tǒng)孤子相比，耗散孤子有極高的穩(wěn)定性，并且耗散孤子還可以承載更高的脈沖能量而不發(fā)生分裂。耗散孤子的光譜寬度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)比傳統(tǒng)孤子的大，因此能產(chǎn)生脈寬更短和峰值功率更高的脈沖。圖1.3耗散孤子的概念[75]。Figure1.3Theconceptofdissipativesolitons[75].耗散系統(tǒng)中孤子存在的可能性首先由Bélanger等人提出[76]。Akhmediev等人理論模擬了光纖激光器中耗散孤子的形成[77]-[79]。Wise等人首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了1μm耗散孤子的輸出[80]。此后，不同波段的耗散孤子也被研究人員不斷提出[81]-[83]。與傳統(tǒng)孤子相比，耗散孤子的光譜沒有典型的邊帶，它的光譜邊緣非常

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]利用光纖激光器光譜邊帶效應(yīng)測量光纖色散[J]. 葉輝,徐文成,羅智超,宋創(chuàng)興,陳偉成,馮杰,劉頌豪.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2008(07)
[2]2μm光纖激光器的研究進(jìn)展[J]. 周俊,董淑福,周義建,陳婉,陳國夫.  激光雜志. 2008(03)
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[6]Tm3+離子摻雜氟鋁酸鹽玻璃紅外及上轉(zhuǎn)換光譜性質(zhì)[J]. 張龍,祁長鴻,林鳳英,胡和方.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2002(02)

博士論文
[1]耗散孤子光纖激光器的研究[D]. 王擂然.中國科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所) 2012

碩士論文
[1]通用雷達(dá)接收機(jī)建模與實(shí)現(xiàn)技術(shù)[D]. 秦敏.西安電子科技大學(xué) 2005



本文編號(hào)：3597710