本文關(guān)鍵詞：基于大模場面積光子晶體光纖的鎖模振蕩器及放大器的性能研究

  更多相關(guān)文章： 飛秒激光 大模場面積光子晶體光纖 放大自相似子 非線性放大

【摘要】：大模場面積光子晶體光纖飛秒激光器,克服了傳統(tǒng)單模光纖小模場對功率和能量提升的限制,獲得了可與塊狀晶體飛秒激光器相比擬的輸出參數(shù),同時保留了光纖激光器小型化,低成本,高穩(wěn)定性,高平均功率等優(yōu)點(diǎn)。因此,近年來引起國內(nèi)外科研人員的廣泛關(guān)注。本論文通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法,系統(tǒng)研究了放大自相似子振蕩器的產(chǎn)生及演變特性和非線性放大系統(tǒng)的耦合動力學(xué)及其優(yōu)化。本論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)可以概括如下:1.介紹了飛秒激光的特點(diǎn)及發(fā)展歷程,包括:工作在不同鎖模域的振蕩器和各種光纖放大技術(shù)的發(fā)展及其優(yōu)缺點(diǎn)。2.采用對稱分步傅立葉法求解包含增益的非線性薛定諤方程,建立了光纖鎖模激光器的數(shù)值模型。在此數(shù)值模型中,首次根據(jù)增益光纖側(cè)面泄露的熒光強(qiáng)度分布建立光纖的增益分布模型。基于該模型,分別討論了增益、色散、濾波器帶寬和輸出位置對腔內(nèi)自相似演化的影響,詳細(xì)了解了其中的物理機(jī)制,得出了最佳的設(shè)計參數(shù)。3.設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了基于單根10 m的大模場面積光子晶體光纖的、帶有色散圖的放大自相似子振蕩器。根據(jù)模擬結(jié)果,以第一個光柵的零級反射作為輸出,獲得了重復(fù)頻率8.6 MHz,脈沖能量95 nJ的拋物線脈沖輸出。這是首次在線形腔中實(shí)現(xiàn)放大自相似子運(yùn)轉(zhuǎn),95 nJ也是目前獲得的放大自相似子振蕩器中輸出的最高脈沖能量。4.設(shè)計和實(shí)現(xiàn)了全光子晶體光纖飛秒激光非線性放大系統(tǒng)。通過系統(tǒng)優(yōu)化獲得了同類型飛秒激光放大器中最高的平均輸出功率34 W,脈沖寬度約為50 fs,重復(fù)頻率為42 MHz,對應(yīng)脈沖能量為0.8μJ,峰值功率16.2 MW。5.根據(jù)數(shù)值模型,討論了振蕩級腔內(nèi)凈色散量對其輸出參數(shù)的影響;并分別取調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的零色散、最大正色散和最大負(fù)色散三種條件下的輸出作為種子光進(jìn)行放大比較。根據(jù)模擬結(jié)果,采用工作在零色散附近的色散管理管子振蕩器作為種子源,通過調(diào)節(jié)振蕩級腔內(nèi)色散量和泵浦功率實(shí)現(xiàn)了對放大級輸出的脈沖質(zhì)量的優(yōu)化,獲得了平均功率28 W、脈沖寬度45.7 fs的無基底脈沖輸出。
【關(guān)鍵詞】：飛秒激光 大模場面積光子晶體光纖 放大自相似子 非線性放大
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN752;TN722
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 超短脈沖激光概述12-13
• 1.2 光纖鎖模激光器的發(fā)展13-16
• 1.2.1 孤子鎖模13-14
• 1.2.2 色散管理孤子鎖模14
• 1.2.3 自相似子鎖模14-15
• 1.2.4 耗散孤子鎖模15
• 1.2.5 巨啁啾鎖模15-16
• 1.3 光纖飛秒放大器的發(fā)展16-19
• 1.3.1 啁啾脈沖放大16-17
• 1.3.2 脈沖分裂放大17-18
• 1.3.3 相干合束放大18
• 1.3.4 自相似放大18-19
• 1.3.5 非線性放大19
• 1.4 課題意義、主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)19-22
• 第二章 光纖鎖模激光器理論模型22-44
• 2.1 增益光纖23-28
• 2.1.1 Yb~(3+)離子特性23-24
• 2.1.2 光子晶體光纖24-25
• 2.1.3 脈沖傳輸方程25-27
• 2.1.4 分步傅立葉法27-28
• 2.2 光纖鎖模激光器中常用的色散補(bǔ)償器件28-32
• 2.2.1 G-T鏡28-29
• 2.2.2 棱鏡對29-30
• 2.2.3 光柵對30-32
• 2.3 可飽和吸收體32-34
• 2.3.1 非線性偏振旋轉(zhuǎn)32-33
• 2.3.2 半導(dǎo)體可飽和吸收鏡33-34
• 2.4 數(shù)值模型34-35
• 2.5 光纖增益分布修正35-44
• 2.5.1 實(shí)驗(yàn)裝置36-37
• 2.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果37-39
• 2.5.3 模擬結(jié)果39-41
• 2.5.4 數(shù)值模型修正41-44
• 第三章 帶有色散圖的放大自相似子振蕩器研究44-56
• 3.1 高能量、低重頻放大自相似子振蕩器的實(shí)驗(yàn)研究45-51
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置45-46
• 3.1.2 模擬結(jié)果46-48
• 3.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果48-51
• 3.2 放大的自相似子振蕩器的數(shù)值模擬研究51-55
• 3.2.1 增益和色散對自相似演化的影響51-52
• 3.2.2 濾波器帶寬對自相似演化的影響52-53
• 3.2.3 光纖長度對自相似演化的影響53-54
• 3.2.4 輸出位置對自相似演化的影響54-55
• 3.3 本章小結(jié)55-56
• 第四章 基于大模場面積保偏光子晶體光纖的非線性放大系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究56-74
• 4.1 非線性放大系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置57-58
• 4.2 非線性放大系統(tǒng)的數(shù)值模擬及討論58-63
• 4.2.1 振蕩級模擬結(jié)果及討論59-61
• 4.2.1.1 振蕩級腔內(nèi)脈沖的演化過程59-60
• 4.2.1.2 振蕩級腔內(nèi)凈色散量對振蕩級輸出參數(shù)的影響60-61
• 4.2.2 選擇不同種子脈沖條件下的放大過程的模擬結(jié)果61-63
• 4.3 基于色散管理孤子振蕩級的非線性放大系統(tǒng)的耦合動力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論63-72
• 4.3.1 色散管理孤子振蕩級實(shí)驗(yàn)結(jié)果63-67
• 4.3.1.1 振蕩級的運(yùn)轉(zhuǎn)動力學(xué)過程63-64
• 4.3.1.2 腔內(nèi)凈色散量對振蕩級輸出脈沖特性的影響64-66
• 4.3.1.3 泵浦功率對振蕩級輸出脈沖特性的影響66-67
• 4.3.2 振蕩級與非線性放大級的耦合動力學(xué)研究67-72
• 4.3.2.1 放大級的動力學(xué)過程67-68
• 4.3.2.2 調(diào)節(jié)振蕩級腔內(nèi)凈色散量對放大級輸出脈沖特性的影響68-70
• 4.3.2.3 調(diào)節(jié)振蕩級泵浦功率對放大級輸出脈沖特性的影響70-72
• 4.4 本章小結(jié)72-74
• 第五章 高功率光子晶體光纖飛秒激光放大系統(tǒng)的應(yīng)用研究74-90
• 5.1 Yb~(3+),Na~+:CaF_2晶體放大特性的實(shí)驗(yàn)研究74-82
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置75-77
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果77-80
• 5.1.3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案和討論80-82
• 5.2 高功率、小型化太赫茲波輻射源的實(shí)驗(yàn)研究82-88
• 5.2.1 太赫茲波輻射源的實(shí)驗(yàn)裝置82-83
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果83-88
• 5.2.2.1 Ga P晶體最佳發(fā)射角83-84
• 5.2.2.2 脈沖啁啾對太赫茲波輻射效率的影響84-85
• 5.2.2.3 太赫茲波輻射源的頻譜測量及分析85-88
• 5.3 本章小結(jié)88-90
• 第六章 總結(jié)與展望90-94
• 6.1 總結(jié)90-92
• 6.2 展望92-94
• 參考文獻(xiàn)94-106
• 發(fā)表論文和科研情況說明106-108
• 致謝108-109

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：531325