鎖模光纖激光器性能提升的新機理新技術的研究.pdf

1、本論文詳細推導了廣義非線性薛定諤方程，以該方程為理論工具，采用分步傅里葉方法數(shù)值模擬了全固光子帶隙鎖模光纖激光器的多種運轉方式和腔型結構，并討論了其相關運轉特性。對全正色散鎖模光纖激光器的濾波機制展開了一系列的理論與數(shù)值研究，在實驗上搭建了線型腔和環(huán)形腔的全正色散被動鎖模光纖激光器，驗證了數(shù)值模擬的結果。為提升鎖模光纖激光器的性能提供了一種新的機理和新的技術。主要研究內(nèi)容包括以下幾個部分：
　　 第一，針對全固光子帶隙增益光纖集

2、增益、負色散、非線性于一體的特性，數(shù)值構建了幾種不同腔型結構和運轉機制的被動鎖模光纖激光器，通過數(shù)值模擬詳細討論了各激光器運轉特性以及其與各種控制參量的關聯(lián)特性：1.采用單根光子帶隙增益光纖構建一個線型腔的鎖模激光器，腔內(nèi)沒有采用任何提供正色散的光纖器件，通過縮短光纖的長度，可以獲得重復頻率高達500MHz的孤子鎖模序列。2.構建了環(huán)形腔的鎖模激光器，采用NPE鎖模，得到了脈沖寬度為224fs的傅里葉變換極限的孤子脈沖，重復頻率約200

3、 MHz。3.構建了一種環(huán)形腔的自相似鎖模激光器。數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，在該激光器中，單模光纖長度的改變對脈沖特性的影響較大，通過選擇合適的單模光纖長度，可以得到近似拋物線的脈沖和頻譜，即實現(xiàn)自相似鎖模運轉。4.提出了一種弱呼吸型的環(huán)形腔鎖模激光器。為了使激光器能在高啁啾下運轉，在模型中采用了一種高斯型的濾波元件，并討論了濾波帶寬對激光器運轉特性的影響，獲得了維持最佳脈沖特性的濾波帶寬參數(shù)。5.色散管理型孤子激光器內(nèi)較高的三階色散會使脈沖形狀嚴

4、重畸變，通過將濾波器引入該類激光器使脈沖質(zhì)量得到了明顯的改善，同時也窄化了脈沖寬度。6.在10 nm增益帶寬的限制條件下，討論了全固光子帶隙增益光纖中三階色散對提高脈沖能量、窄化脈沖寬度的“正面作用”。
　　 第二，重點討論了頻譜濾波帶寬和濾波位置對全正色散光纖激光器中高啁啾脈沖整形過程的影響，并系統(tǒng)研究了濾波帶寬、濾波位置、輸出位置及輸出耦合比四個參數(shù)對激光器運轉特性的綜合影響，給出了激光器中最佳的濾波位置和輸出位置，同時優(yōu)化

5、了濾波帶寬和輸出耦合比，使激光器在給定泵浦條件下可以得到最高的脈沖能量和峰值功率。在全正色散光纖激光器中，對四個結構參數(shù)的綜合作用，特別是關于濾波器位置效應的系統(tǒng)研究還未見報道。這項工作對構建高能量和高峰值功率的全正色散光纖激光器具有指導意義。
　　 第三，實驗搭建了一種線型腔的全正色散鎖模光纖激光器。采用SESAM作為鎖模元件和端鏡，采用高反射率、窄帶寬的光纖布拉格光柵作另外一個端鏡和輸出端。得到了重復頻率為17.5 MHz的

6、單脈沖序列，輸出平均功率為7.4 mW，單脈沖能量為423 pJ。再將該激光器中50％耦合輸出的信號放大后得到了平均功率140 mW，單脈沖能量10.4 nJ，脈沖寬度5.53 ps，峰值功率～1.57 kW的脈沖序列。
　　 第四，實驗搭建了一種環(huán)形腔的全正色散鎖模光纖激光器。激光器中接入一個10 nm帶寬的光纖濾波器，通過改變?yōu)V波器在腔內(nèi)的位置，發(fā)現(xiàn)了最佳濾波位置是位于增益光纖前面，這與數(shù)值模擬的結果相吻合，從而驗證了在該類