本文關(guān)鍵詞：高功率高能量全光纖鎖模激光器及其倍頻研究

  更多相關(guān)文章： 被動(dòng)鎖模激光器 正常色散 非線性效應(yīng) 高能量 倍頻

【摘要】：光纖激光器憑借其在結(jié)構(gòu)和性能上的雙重優(yōu)勢(shì),吸引了眾多學(xué)者的深入研究。在原理和技術(shù)上,近些年取得了突破性的發(fā)展。作為脈沖激光器的一種,鎖模光纖激光器,由于可以產(chǎn)生超短脈沖(ps甚至fs),近些年備受關(guān)注,其主要發(fā)展方向有高功率和高能量。這兩個(gè)方向上,光纖激光器都不可避免的遇到一個(gè)問題：由于光纖激光器內(nèi)脈沖的傳輸集中在一個(gè)較小的面積上(直徑一般小于10μm),高功率和高能量都將帶來較高的功率密度,引發(fā)強(qiáng)烈的非線性效應(yīng),最終導(dǎo)致脈沖分裂。為了提高激光器的性能,目前主要的兩個(gè)方案,一是增加模場(chǎng)面積,是脈沖功率和能量分布在更大面積上,從而減弱非線性效應(yīng),另一個(gè)就是基于腔改進(jìn),也近些年研究的熱點(diǎn)：大正常色散和全正常色散激光器。通過大正常色散不斷的展寬脈沖,從而減弱脈沖的峰值功率,最終降低非線性。結(jié)合這兩個(gè)方案,目前單脈沖能量已能達(dá)到μJ水平,平均功率水平可達(dá)近千瓦。本文即是圍繞著全正常色散腔的摻鐿光纖激光器和大正常色散的摻鉺光纖激光器展開。文中針對(duì)此類激光腔,提出了一種腔優(yōu)化方案,以有利于輸出能量的提升。并最終使用所得高能量脈沖進(jìn)行了相應(yīng)的倍頻實(shí)驗(yàn)。本文的主要研究工作及成果有：1.基于光脈沖在光纖中時(shí)域特性的研究,對(duì)通過引入大色散實(shí)現(xiàn)高能量脈沖的理論模擬進(jìn)行了研究。2.研究了基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的全正常色散全光纖摻鐿被動(dòng)鎖模激光器,提出了一種腔結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案,包括泵浦方式,輸出位置,放大器后光纖長度和輸出耦合比。獲得了輸出能量隨輸出耦合比線性增長的關(guān)系。在較高的輸出耦合比95%時(shí),獲得了460mW的平均功率,單脈沖能量達(dá)350nJ。3.研究了全正常色散腔的摻鐿激光器輸出能量和腔長的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)采用了高達(dá)90%的耦合比輸出,以減少腔內(nèi)非線性。在320mW泵浦功率,2Km長的超低重頻激光器中,獲得了1.1μJ的單脈沖能量。4.研究了基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的摻鉺全光纖激光器,并對(duì)其腔結(jié)構(gòu)作了相似的優(yōu)化。在大正常色散區(qū),結(jié)合使用高耦合比和放大器后短光纖,在95%的耦合比時(shí),獲得了250mW的平均功率。同時(shí),通過減短提供正常色散的摻鉺光纖,調(diào)諧腔內(nèi)凈色散在較小值,結(jié)合小耦合比輸出,獲得了3dB帶寬58nm的寬光譜鎖模脈沖,覆蓋C+L波段的平坦光譜。5.基于所得的中心波長在1560nm、1064nm高能量鎖模脈沖,利用PPLN晶體和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)PPLN,獲得了780nm、532nm的倍頻光,并提出一種全光纖結(jié)構(gòu)的倍頻方案。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：1.提出并驗(yàn)證了一種普適于大正常色散激光器的腔優(yōu)化方案。通過提高輸出耦合比,并減少放大器后光纖長度,實(shí)現(xiàn)了腔內(nèi)非線性的減弱和腔外輸出能量的提升。在95%高耦合比輸出時(shí),獲得了單模激光器最高平均功率460mW,單脈沖能量354nJ也是非超長腔鎖模激光器中最高。2.基于超長腔全正常色散被動(dòng)鎖模激光器,獲得了超過1μJ的能量輸出。3.基于色散調(diào)諧的寬光譜摻鉺激光器,提出耦合比優(yōu)化方案,在小凈色散腔結(jié)合使用小耦合比輸出,獲得了3dB帶寬58nnm寬光譜輸出。4.基于所得的高能量脈沖,實(shí)施了倍頻實(shí)驗(yàn),獲得了780nm、532nm的倍頻光,并提出了一種全光纖的倍頻方案。
【關(guān)鍵詞】：被動(dòng)鎖模激光器 正常色散 非線性效應(yīng) 高能量 倍頻
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN248
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-38
• 1.1 光纖激光器的發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.2 高功率光纖激光器13-17
• 1.3 高能量光纖激光器17-26
• 1.3.1 被動(dòng)鎖模光纖激光器的分類及其相應(yīng)能量限制17-19
• 1.3.2 傳統(tǒng)負(fù)色散孤子19-20
• 1.3.3 展寬脈沖(stretched pulse)20-21
• 1.3.4 自相似脈沖(self-similar pulse)21-23
• 1.3.5 耗散孤子脈沖23-26
• 1.4 鎖模光纖激光器倍頻研究26-29
• 參考文獻(xiàn)29-38
• 第二章 光脈沖在光纖中傳輸?shù)臅r(shí)頻特性研究38-56
• 2.1 脈沖在光纖中傳輸?shù)姆蔷�性薛定諤方程N(yùn)LSE38-41
• 2.2 非線性薛定諤方程N(yùn)LSE的數(shù)值解法41-43
• 2.3 基于NLSE方程的脈沖傳輸時(shí)頻特性的研究43-48
• 2.4 高能量激光器數(shù)值研究48-52
• 2.5 本章小結(jié)52-53
• 參考文獻(xiàn)53-56
• 第三章 高能量摻鐿光纖激光器56-80
• 3.1 非線性偏振旋轉(zhuǎn)被動(dòng)鎖模原理57-58
• 3.2 正常色散腔NPR鎖模激光器的實(shí)驗(yàn)研究58-64
• 3.2.1 輸出耦合比對(duì)輸出功率的影響60-62
• 3.2.2 輸出耦合比對(duì)輸出光譜的影響62-64
• 3.3 高平均功率單模激光器64-68
• 3.4 高能量ANDi激光器68-75
• 3.4.1 短腔高效率ANDi激光器68-70
• 3.4.2 超低重頻高能量ANDi激光器70-73
• 3.4.3 偏振態(tài)對(duì)輸出脈沖波形的影響73-75
• 3.5 本章小節(jié)75-77
• 參考文獻(xiàn)77-80
• 第四章 高能量摻鉺光纖激光器80-96
• 4.1 大正常色散高功率全光纖摻鉺激光器81-87
• 4.1.1 泵浦方式優(yōu)化82-83
• 4.1.2 輸出耦合比優(yōu)化83-87
• 4.2 寬光譜摻鉺光纖激光器87-90
• 4.3 矩形光譜摻鉺激光器90-93
• 4.3.1 泵浦功率對(duì)脈沖光譜的影響90-92
• 4.3.2 偏振狀態(tài)對(duì)脈沖光譜的影響92-93
• 4.4 本章小結(jié)93-95
• 參考文獻(xiàn)95-96
• 第五章 高能量激光器倍頻實(shí)驗(yàn)研究96-112
• 5.1 倍頻原理97-101
• 5.1.1 二次諧波的過程97-98
• 5.1.2 三波耦合方程98-101
• 5.2 準(zhǔn)相位匹配101-104
• 5.2.1 準(zhǔn)相位匹配原理101-102
• 5.2.2 準(zhǔn)相位匹配晶體102-104
• 5.3 晶體倍頻效率104
• 5.4 1560nm脈沖激光器倍頻實(shí)驗(yàn)104-108
• 5.5 一種全光纖結(jié)構(gòu)倍頻方案108
• 5.6 本章小結(jié)108-110
• 參考文獻(xiàn)110-112
• 第六章 總結(jié)和展望112-114
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文114-116
• 致謝116

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 呂振國;李慶行;余振新;;利用非線性反射鏡鎖模激光器的動(dòng)力學(xué)過程分析[J];激光技術(shù);1992年01期

2 王火雷;孔亮;潘教青;徐天鴻;計(jì)偉;倪海橋;崔碧峰;丁穎;;半導(dǎo)體鎖模激光器的最新研究進(jìn)展[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2013年05期

3 朱振和;霍崇儒;;被動(dòng)鎖模激光器漲落模型的改進(jìn)[J];激光與紅外;1980年12期

4 陳紹和,謝梓銘;石榴石主動(dòng)-被動(dòng)鎖模激光器[J];兵器激光;1981年03期

5 周玉英;;采用厚度可調(diào)染料盒的被動(dòng)鎖模激光器[J];激光與紅外;1984年10期

6 呂振國,李慶行,余振新;利用非線性反射鏡鎖模激光器的動(dòng)力學(xué)過程分析[J];量子電子學(xué);1990年04期

7 白迎新，張筑虹，，范滇元，王之江，張國慶;非線性鏡鎖模激光器的鎖模條件[J];光學(xué)學(xué)報(bào);1994年10期

8 黃昌周;可調(diào)腔鎖模激光器[J];激光技術(shù);1988年04期

9 孫軍強(qiáng),黃德修,李再光;全光纖疊加鎖模激光器[J];光通信技術(shù);1993年03期

10 陳越峰，張世文;1．319μm連續(xù)固體鎖模激光器[J];光學(xué)學(xué)報(bào);1994年04期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 王俊峰;雷曉紅;吳麗娜;田進(jìn)壽;張戶昌;;用于標(biāo)定條紋相機(jī)的對(duì)撞脈沖鎖模激光器[A];中國光學(xué)學(xué)會(huì)2010年光學(xué)大會(huì)論文集[C];2010年

2 魯燕華;張雷;馬毅;武德勇;魏彬;劉洋;王智林;;二極管抽運(yùn)全固態(tài)1.319μm連續(xù)鎖模激光器[A];中國光學(xué)學(xué)會(huì)2010年光學(xué)大會(huì)論文集[C];2010年

3 宋晏蓉;;Yb:YAB鎖模激光器[A];Strong Field Laser Physics--Proceedings of CCAST(World Laboratory) Workshop[C];2002年

4 李港;陳檬;張丙元;于海娟;;全固態(tài)SESAM鎖模激光器的研究[A];2004年全國強(qiáng)場(chǎng)激光物理會(huì)議論文集（二）[C];2004年

5 沈世奎;左林;楊愛英;寧春梅;孫雨南;;29.69MHz全光纖被動(dòng)鎖模激光器實(shí)驗(yàn)[A];中國光學(xué)學(xué)會(huì)2010年光學(xué)大會(huì)論文集[C];2010年

6 高以智;婁采云;姚敏玉;李智紅;張劍鋒;霍力;董毅;謝世鐘;;以光纖鎖模激光器為發(fā)射源實(shí)現(xiàn)4×10Gbit/sOTDM信號(hào)330km傳輸[A];全國第十次光纖通信暨第十一屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（OFCIO’2001）論文集[C];2001年

7 朱月;曹士英;張帆;張志剛;彭文革;;混晶為增益介質(zhì)的被動(dòng)鎖模激光器[A];中國光學(xué)學(xué)會(huì)2006年學(xué)術(shù)大會(huì)論文摘要集[C];2006年

8 朱江峰;高子葉;王軍利;;LD泵浦Yb:YCOB鎖模激光器研究[A];2013年（第五屆）西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2013年

9 李春勇;李平雪;李德華;馮寶華;張治國;張世文;;LD泵浦Nd~(3+)，Cr~(4+)：YAG自調(diào)Q鎖模激光器研究[A];第六屆全國光學(xué)前沿問題研討會(huì)論文摘要集[C];2003年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 劉霞;首款超小鎖模激光器研制成功[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 宋紅巖;高功率高能量全光纖鎖模激光器及其倍頻研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

2 張玉穎;緊湊型光子晶體光纖鎖模激光器及糾纏光子源的研究[D];天津大學(xué);2009年

3 宋有建;摻鐿大模場(chǎng)面積光子晶體光纖鎖模激光器的特性研究[D];天津大學(xué);2009年

4 蔡志強(qiáng);LD端面泵浦的全固態(tài)被動(dòng)連續(xù)鎖模激光器實(shí)驗(yàn)研究[D];天津大學(xué);2007年

5 張遠(yuǎn)耕;新型被動(dòng)鎖模激光器和拉曼激光器中的自鎖�，F(xiàn)象的研究[D];山東大學(xué);2014年

6 江曼;石墨烯、碳納米管可飽和吸收體的制備及其用于被動(dòng)調(diào)Q/鎖模激光器的實(shí)驗(yàn)研究[D];西北大學(xué);2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張光舉;LD泵浦Nd:YVO_4二維新材料調(diào)Q鎖模激光器[D];北京工業(yè)大學(xué);2015年

2 葛維f

本文編號(hào)：931265