高能量超短脈沖光源的產(chǎn)生及應(yīng)用研究.pdf

1、超短脈沖激光器產(chǎn)生的脈沖寬度比較短,可以達(dá)到飛秒量級,廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域:光信息處理,激光印刷,工業(yè)加工等等。最近幾年伴隨著性能更好的光纖結(jié)構(gòu),高儲能的光纖材料的應(yīng)用,超短脈沖光纖激光器受到廣泛關(guān)注。光纖激光器產(chǎn)生的光脈沖光束質(zhì)量比較高,光強更穩(wěn)定,波長可調(diào)諧,目前超短脈沖光纖激光器得到了越來越深入的研究。但光纖激光器產(chǎn)生的普通孤子由于在功率提高時會發(fā)生光波分裂而無法獲得高功率的傳輸,色散管理孤子比普通孤子能承受更大的非線性相移,但脈沖

2、能量僅僅比孤子能量大一個數(shù)量級；自相似脈沖有著拋物線形狀,傳輸過程中隨著功率的提高脈沖形狀保持不變,能夠很好的抵御光波分裂,在傳輸過程中不存在能量限制問題。另外,普通孤子的形成過程中部分能量會以色散波的形式色散掉,自相似脈沖形成過程中所有入射脈沖的能量都轉(zhuǎn)化到輸出脈沖中,能量沒有損耗。自相似脈沖有著嚴(yán)格的線性頻率啁啾,能夠進(jìn)行高效的脈沖壓縮,進(jìn)而獲得高功率的超短壓縮脈沖。超連續(xù)譜(Supercontinuum,SC)是指短脈沖通過非線性

3、材料后由于自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制、四波混頻等共同作用使得光譜中產(chǎn)生新的頻率成分,頻譜得到擴展。超連續(xù)譜具有平坦的寬帶光譜,高的輸出功率,高度的空間相干性等優(yōu)點,在實際應(yīng)用中能夠減小測量時間,提高信噪比并加寬光譜測量范圍,對超連續(xù)譜產(chǎn)生的研究具有重要的理論和現(xiàn)實意義；SC譜成本低,不用半導(dǎo)體光源；容易與光纖耦合,帶寬較寬,光頻穩(wěn)定性高,是波分復(fù)用和光時分復(fù)用中極有潛力的光源。本論文對高能量自相似脈沖的產(chǎn)生及利用其產(chǎn)生高能量可調(diào)諧超連續(xù)譜

4、進(jìn)行了研究,主要工作如下:
　　 1.從麥克斯韋方程組出發(fā),推導(dǎo)了光脈沖傳輸時所滿足的非線性薛定諤方程；介紹了求解非線性薛定諤方程的分步傅里葉變換方法。
　　 2.通過求解耦合非線性薛定諤方程,理論模擬了激光器的工作過程；研究了被動鎖模光纖激光器中的周期性孤子的混沌動力學(xué)；模擬了自相似脈沖形成的全過程。
　　 3.以自相似脈沖做為初始輸入條件,利用色散漸減光纖和高非線性光纖對光脈沖進(jìn)行壓縮,得到高能量、可調(diào)諧的超