本文關(guān)鍵詞：全纖化超短脈沖摻鐿光纖激光器及產(chǎn)生超連續(xù)譜的研究

  更多相關(guān)文章： 全光纖激光振蕩器 全光纖MOPA放大器 全光纖啁啾脈沖放大器 非線性光子晶體光纖 超連續(xù)譜激光

【摘要】：超短脈沖光纖激光器具有很多的優(yōu)勢,如體積小巧工作穩(wěn)定易于維護,系統(tǒng)的熱管理機制比較簡單,輸出的高功率超短脈沖激光具有更好的光束質(zhì)量,具有相對較高的光光轉(zhuǎn)換效率,以及相對比較低的成本等等,所以它在醫(yī)療、軍事、工業(yè)加工、高速光纖通信、精密計量等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。本文對全纖化超短脈沖摻鐿激光器進行了系統(tǒng)的理論分析和相應(yīng)的實驗研究,主要包括超短脈沖激光振蕩器,全光纖激光放大器,全光纖啁啾脈沖放大器,超連續(xù)譜激光源等。本論文主要研究工作和成果如下:1.超短脈沖激光振蕩器部分,主要對全光纖皮秒激光振蕩器進行了理論和實驗研究,同時也對全固態(tài)皮秒激光振蕩器進行了分析研究。全光纖皮秒激光振蕩器,采用了三種被動鎖模技術(shù)分別進行了研究,第一種是基于光纖SESAM被動鎖模技術(shù)的全光纖線性腔激光振蕩器,最終得到脈沖寬度為4 ps的輸出激光,第二種是基于NPR被動鎖模技術(shù)的全光纖環(huán)形腔激光振蕩器,首先采用MATLAB數(shù)值分析軟件,基于非線性薛定諤方程進行了理論模擬分析,接著在理論結(jié)果的指導(dǎo)下進行了相應(yīng)的實驗研究,最終得到脈沖寬度為300 ps的激光輸出,第三種是基于SESAM/NPR兩種鎖模技術(shù)混合使用得到的全光纖激光振蕩器,諧振腔采用的是環(huán)形腔結(jié)構(gòu),最終得到20 ps的脈沖激光輸出,同時實驗中發(fā)現(xiàn)當(dāng)激光諧振腔較長時,可以實現(xiàn)諧波鎖模脈沖的輸出,也稱為多脈沖鎖模激光器;在全固態(tài)皮秒激光振蕩器中,采用的是SESAM被動鎖模技術(shù),激光諧振腔形采用的是類W型單端輸出結(jié)構(gòu),最終實現(xiàn)了平均功率為10.5 W的皮秒脈沖激光輸出,并且在實驗中第一次觀測到了從調(diào)Q鎖模到連續(xù)鎖模的完整過程。2.全光纖皮秒激光放大器部分,主要對百瓦級全光纖皮秒激光放大器進行了研究,采用的是MOPA多級放大技術(shù),分別對小芯徑10μm的摻鐿光纖和大芯徑30μm的摻鐿光纖進行了研究。首先,對10/130μm的大模場雙包層摻鐿光纖中產(chǎn)生百瓦級皮秒激光進行了理論和實驗研究,理論中通過Fiberdesk模擬軟件先進行了數(shù)值模擬,然后通過理論指導(dǎo)最終在實驗中得到了100 W的平均功率輸出的脈沖激光,它的脈沖寬度為430 ps。接著,對大芯徑光纖的切割和熔接工藝進行了實驗研究,并且通過MOPA放大技術(shù),最終在30/250μm的大模場雙包層光纖中實現(xiàn)了平均輸出功率為120 W的脈沖激光,它的脈沖寬度為620ps,光光轉(zhuǎn)換效率為83.9%。3.全光纖飛秒啁啾脈沖放大器部分,展寬器部分主要采用單模光纖展寬器,壓縮器部分主要采用反射式光柵對和透射式光柵對。采用反射式光柵對的實驗中,啁啾脈沖激光放大系統(tǒng)最終輸出的壓縮脈沖寬度為720 fs,平均輸出功率為100 mW;采用透射式光柵對的實驗中,首先采用簡化啁啾脈沖放大技術(shù),也就是直接將20 ps的信號激光進行放大,省略展寬器部分,然后直接進行壓縮,最終得到680 fs的壓縮激光,平均輸出功率為2.5 W;接著采用傳統(tǒng)啁啾脈沖放大技術(shù),使用了一段500 m單模光纖展寬器,將20 ps的信號激光展寬至150 ps,然后進行激光放大,再進行壓縮,最終得到613 fs的壓縮激光,平均輸出功率為6.5 W。4.全光纖超連續(xù)譜激光源部分,采用皮秒激光源泵浦非線性光子晶體光纖來產(chǎn)生超連續(xù)譜激光,其中非線性光子晶體光纖采用了兩種不同空氣孔排列的光纖,分別為圓形排列氣孔的光子晶體光纖和六邊形排列氣孔的光子晶體光纖,通過熔接耦合并介入過渡光纖的方式來增大耦合效率,泵浦非線性光子晶體光纖。在圓形排列氣孔的光子晶體光纖實驗中,最終實現(xiàn)了30 W的超連續(xù)譜激光輸出,光譜展寬范圍從550 nm展寬至1650 nm;六邊形排列氣孔的光子晶體光纖實驗中,最終實現(xiàn)了36 W的超連續(xù)譜激光輸出,光譜展寬范圍從500 nm展寬至1700nm;同時我們對采用的非線性光子晶體光纖的長度變化,導(dǎo)致超連續(xù)譜激光產(chǎn)生特性的變化進行了相關(guān)的研究。
【關(guān)鍵詞】：全光纖激光振蕩器 全光纖MOPA放大器 全光纖啁啾脈沖放大器 非線性光子晶體光纖 超連續(xù)譜激光
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN248
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-28
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.2 全光纖超短脈沖激光器的研究進展12-24
• 1.3 非線性光子晶體光纖產(chǎn)生超連續(xù)譜的研究進展24-26
• 1.4 本論文的主要研究內(nèi)容26-28
• 第2章 全光纖超短脈沖激光器的理論研究28-44
• 2.1 光纖激光振蕩器的理論研究28-33
• 2.1.1 鎖模光纖激光器基本原理29-30
• 2.1.2 非線性偏振旋轉(zhuǎn)被動鎖模技術(shù)30-32
• 2.1.3 可飽和吸收體被動鎖模技術(shù)32-33
• 2.2 脈沖展寬器理論研究33-34
• 2.3 光纖激光放大器的理論研究34-40
• 2.3.1 泵浦源和光增益34-35
• 2.3.2 增益系數(shù)、增益帶寬和放大器噪聲35-38
• 2.3.3 速率方程38-40
• 2.4 脈沖壓縮器理論研究40-42
• 2.5 本章小節(jié)42-44
• 第3章 超短脈沖激光振蕩器的研究44-68
• 3.1 全光纖NPR鎖模激光振蕩器的研究44-51
• 3.1.1 全光纖NPR鎖模激光器的理論模擬44-48
• 3.1.2 全光纖NPR鎖模激光器的實驗研究48-51
• 3.2 全光纖SESAM鎖模激光振蕩器的研究51-54
• 3.3 全光纖SESAM/NPR混合鎖模激光振蕩器的研究54-59
• 3.3.1 全光纖SESAM/NPR混合鎖模激光器的裝置及數(shù)據(jù)結(jié)果54-56
• 3.3.2 諧波鎖模光纖激光器的研究56-59
• 3.4 10 W級全固態(tài)皮秒激光振蕩器的研究59-65
• 3.4.1 實驗器件的選擇59-61
• 3.4.2 激光諧振腔的設(shè)計61-62
• 3.4.3 單端輸出十瓦級皮秒Nd:YVO4激光振蕩器62-65
• 3.5 本章小結(jié)65-68
• 第4章 全光纖MOPA激光放大器的研究68-78
• 4.1 100 W全光纖 10/130 μm摻鐿激光放大器68-74
• 4.1.1 理論研究68-70
• 4.1.2 實驗研究70-74
• 4.2 120 W全光纖 30/250 μm摻鐿激光放大器74-77
• 4.2.1 實驗裝置介紹74-75
• 4.2.2 實驗結(jié)果分析75-77
• 4.3 本章小結(jié)77-78
• 第5章 全光纖飛秒啁啾脈沖放大器的實驗研究78-96
• 5.1 全光纖激光振蕩器的選擇78-79
• 5.2 光纖展寬器的實驗研究79-83
• 5.3 反射式光柵對的壓縮實驗研究83-86
• 5.3.1 反射式光柵參數(shù)83
• 5.3.2 反射式光柵對/飛秒啁啾脈沖放大系統(tǒng)83-86
• 5.4 透射式光柵對的壓縮實驗研究86-93
• 5.4.12.5 W/680 fs全光纖飛秒啁啾脈沖放大器86-90
• 5.4.26.5 W/610 fs全光纖飛秒啁啾脈沖放大器90-93
• 5.5 本章小結(jié)93-96
• 第6章 全光纖超連續(xù)譜光源的研究96-106
• 6.1 超連續(xù)譜產(chǎn)生機理96-97
• 6.2 非線性光子晶體光纖介紹97-98
• 6.3 7 W超連續(xù)譜激光源98-99
• 6.4 30 W和 36 W超連續(xù)譜激光源99-103
• 6.5 光子晶體光纖長度對超連續(xù)譜激光輸出特性的影響103-105
• 6.6 本章小結(jié)105-106
• 第7章 結(jié)論與展望106-110
• 7.1 論文的總結(jié)與結(jié)論106-108
• 7.2 論文的創(chuàng)新點108-109
• 7.3 后續(xù)研究工作的展望109-110
• 參考文獻110-120
• 攻讀博士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文120-124
• 致謝124-125

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 馮杰;杜國平;朱瑞興;黃磊;;自相似超短脈沖光纖激光器研究進展[J];激光與光電子學(xué)進展;2011年08期

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本文編號：594264