基于光纖放大器的超連續(xù)譜光源研究.pdf

1、超連續(xù)譜光源的寬光譜、高亮度的優(yōu)異特性使得其在光譜學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、高光譜成像以及光電對抗等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。在光纖放大器中直接產(chǎn)生超連續(xù)譜是實(shí)現(xiàn)高功率超連續(xù)譜光源的有效途徑，該方法將激光增益放大過程與非線性效應(yīng)結(jié)合在一起，使得系統(tǒng)簡單緊湊，但同時(shí)也使得其中的物理過程十分復(fù)雜。本文對基于光纖放大器的超連續(xù)譜光源開展了理論與實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)行了超連續(xù)譜光源的非相干合束技術(shù)研究，提出了超連續(xù)譜光源的光束質(zhì)量評價(jià)方法。主要內(nèi)容包括：
　　

2、結(jié)合動態(tài)速率方程組與廣義非線性薛定諤方程，建立了光纖放大器中超連續(xù)譜產(chǎn)生的理論模型，實(shí)現(xiàn)了對脈沖序列在增益光纖中的功率放大、非線性光譜及時(shí)域演化等動態(tài)過程的數(shù)值模擬，可以表征光纖放大器中超連續(xù)譜產(chǎn)生的物理過程。
　　以摻鐿光纖放大器為例，理論與實(shí)驗(yàn)研究了光纖長度與信號脈沖寬度對放大器中超連續(xù)譜產(chǎn)生的影響，獲得了拓展光譜范圍、提高輸出功率的條件。結(jié)果表明增益光纖越長，拉曼效應(yīng)閾值越低，孤子自頻移作用距離越長，超連續(xù)譜的光譜越寬，同時(shí)

3、輸出功率越低；在增益光纖之后熔接一段被動光纖有助于光譜的拓展與平坦化。但是過長的光纖將會使過多功率轉(zhuǎn)移到2μm以上，引入較大損耗，降低輸出功率，因此需要優(yōu)化增益光纖與被動光纖長度，以保證超連續(xù)譜光譜寬度與輸出功率。信號光為超短脈沖(飛秒至皮秒量級)時(shí)，在光譜展寬的初始階段主要受到自相位調(diào)制的作用，因此最終光譜展寬很?。欢?dāng)脈沖寬度大于10 ps時(shí)，信號光譜將在受激拉曼散射效應(yīng)的作用下拓展至反常色散區(qū)，從而使光譜極大展寬，最終形成超連續(xù)譜

4、，且脈寬越寬，光譜展寬越寬。
　　基于保偏光纖放大器實(shí)現(xiàn)了百瓦級線偏振超連續(xù)譜光源。研究了保偏光纖熔接對軸方式對超連續(xù)譜偏振特性的影響，在大模面積保偏光纖放大器中實(shí)現(xiàn)了最高功率124.8 W的超連續(xù)譜光源輸出，這是文獻(xiàn)報(bào)道的保偏光纖放大器輸出超連續(xù)譜光源的最高功率，光譜覆蓋1060 nm-1800 nm，全光譜偏振消光比為84.85％。
　　設(shè)計(jì)與制作了光纖寬譜功率合束器，通過理論研究獲得了寬譜范圍內(nèi)具有高傳輸效率的合束器制

5、作原則：入射光纖束的包層均拉錐至被輸出光纖纖芯包圍，同時(shí)拉錐過渡區(qū)足夠長(通常大于1 cm)。使用制作的光纖寬譜功率合束器開展了超連續(xù)譜非相干合束的原理性實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了超連續(xù)譜光源非相干合束的可行性；其次實(shí)現(xiàn)了功率>300 W光譜范圍1060 nm-1600 nm的超連續(xù)譜光源非相干合束輸出。設(shè)計(jì)制作了輸出光纖纖芯100μm的寬譜合束器，最終實(shí)驗(yàn)獲得了1064 nm處M2因子~9的輸出功率>200 W的超連續(xù)譜非相干合束光源，光譜范圍覆蓋

6、1060 nm-1900 nm，超連續(xù)譜功率傳輸效率達(dá)96.6%。
　　引入功率譜重心的概念，提出了三種超連續(xù)譜光源光束質(zhì)量的評價(jià)因子。對窄帶激光的空間傳輸模型進(jìn)行拓展，推導(dǎo)了超連續(xù)譜光源的空間傳輸模型，驗(yàn)證了提出的超連續(xù)譜光束質(zhì)量評價(jià)方法的合理性。對實(shí)驗(yàn)中獲得的不同功率與光譜分布的超連續(xù)譜光源的光束質(zhì)量進(jìn)行了評價(jià)與比較，結(jié)果表明提出的三種評價(jià)因子均可以綜合體現(xiàn)傳輸模式以及功率譜分布對光束質(zhì)量的影響，適合對超連續(xù)譜光源的整體光束質(zhì)