通過脈沖動(dòng)力學(xué)優(yōu)化提升光子晶體光纖飛秒激光性能的研究.pdf

1、超短脈沖激光在基礎(chǔ)科研、工業(yè)加工等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，使得輸出高平均功率、高脈沖質(zhì)量和高光束質(zhì)量的光纖飛秒激光成為近些年來超短脈沖激光領(lǐng)域重要的研究方向之一。本文通過優(yōu)化動(dòng)力學(xué)過程，提升飛秒激光器和放大系統(tǒng)的輸出性能，主要利用多芯光子晶體光纖為切入點(diǎn)構(gòu)建放大系統(tǒng)，并對(duì)多芯光子晶體光纖進(jìn)行模式選取和非線性方面的研究，進(jìn)而將高功率飛秒激光應(yīng)用于超連續(xù)譜的產(chǎn)生中。
　　本論文的主要工作概括如下：
　　1：建立了多芯光子晶體光纖多橫模

2、運(yùn)轉(zhuǎn)的速率方程，提出帶有摻雜分布的七芯光子晶體光纖的新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將輸出同相位超模功率占總功率的百分比從19％提高至70%，實(shí)現(xiàn)了多橫模運(yùn)轉(zhuǎn)中同相位超模主導(dǎo)輸出。
　　2：實(shí)驗(yàn)研究了基于18芯光子晶體光纖的非線性放大系統(tǒng)，輸出平均功率高達(dá)110W且脈沖寬度83fs的飛秒激光，是多芯光子晶體光纖激光放大系統(tǒng)輸出的最高平均功率記錄。利用光柵和濾波器組成的預(yù)整形裝置優(yōu)化脈沖在放大系統(tǒng)中的動(dòng)力學(xué)過程，使得輸出平均功率20W-110W之間的脈

3、沖均能被壓縮至百飛秒以下。
　　3：實(shí)驗(yàn)研究了高峰值功率脈沖入射下，在18芯光子晶體光纖中非線性效應(yīng)與輸出光斑模式的變化關(guān)系。分析了入射脈沖平均功率、泵浦功率對(duì)于輸出光斑模式的影響，同時(shí)利用濾波器觀測(cè)不同波段光譜對(duì)應(yīng)的橫模模式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于多芯光子晶體光纖超模模式非線性耦合的探索。
　　4：建立了再生放大器的數(shù)值模型，討論了入射脈沖峰值功率、脈沖寬度和放大腔內(nèi)濾波器帶寬對(duì)輸出脈沖的影響；實(shí)驗(yàn)搭建了光纖再生放大器，實(shí)現(xiàn)了入射脈沖

4、13個(gè)腔內(nèi)循環(huán)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出放大脈沖能量20nJ，光譜寬度約為60nm的脈沖。
　　5：研究了高功率飛秒激光在帶隙光子晶體光纖跨帶隙產(chǎn)生超連續(xù)譜的動(dòng)力學(xué)過程，在產(chǎn)生560nm-1470nm的超連續(xù)光譜過程中，激光能量不僅在帶隙間流動(dòng)，也在不同模式間流動(dòng)。首次在多芯光子晶體光纖中實(shí)現(xiàn)超連續(xù)譜的產(chǎn)生，獲得平均功率5.4W，輸出波長(zhǎng)500nm-1700nm的寬帶超連續(xù)譜，研究還發(fā)現(xiàn)短光纖的輸出光斑模式為超模的疊加態(tài)而利用長(zhǎng)光纖則可獲得