论文题目: 高性能锁模光纤激光器研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学工程
作者: 赵德双
导师: 刘永智
关键词: 光纤激光器,掺光纤,锁模,飞秒光脉冲,频谱边带,集总增益
文献来源: 电子科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 超短光脉冲的产生不仅是实现OTDM/WDM的关键技术之一,同时也是非线性光学、超快光学等研究方向的前沿课题。光纤激光器以掺稀土元素光纤作为增益介质,与半导体激光器相比,具有增益特性好、转换效率高、阈值低、输出光束质量好、与现有通信系统相兼容等特点;与传统固体激光器相比,其具有体积小、重量轻、结构紧凑、可靠性高等优点,是目前超短脉冲激光技术领域中的热点研究课题。本论文主要围绕掺Er3+锁模光纤激光器,结合实验室现有条件进行了如下工作: （1）研究了光纤激光器锁模物理机制,对比分析了各种锁模技术优缺点,根据锁模光纤激器腔体结构,归纳总结了6种传输结构分析模型,并针对各种传输模型讨论了其相应的锁模脉冲传输方程。 （2）提出了一种新型的分步有限差分（SSFD）算法来求解非线性锁模脉冲传输方程。结果表明,该算法可以有效地提高脉冲传输方程的计算速度和精度,特别是在分析强非线性问题时,相比分步傅利叶变换（SSFT）和传统有限差分（FD）算法有极大的改进。 （3）从时域锁模方程出发,分析了利用非线性偏振旋转（NPE）效应实现锁模的物理机制,详细讨论了腔体损耗、色散、自相位调制、NPE可饱和吸收体对锁模光纤激光器的影响;根据路径平均非线性薛定谔方程,对NPE被动锁模光纤激光器自起振特性、稳定性进行理论分析,研究了各种腔体参数对被动锁模自起振特性的影响,得到了自起振锁模的实现条件;采用掺Er3+光纤作为增益介质,利用NPE锁模机制,研制出了具有自起振、低阈值全光纤锁模激光光源,获得了重复速率为14.6MHz,平均输出功率为0.36mW,谱线宽度为10nm,变换极限宽度为258fs的稳定锁模光脉冲。 （4）详细地研究了NPE被动锁模掺Er3+光纤激光器频谱边带的产生机理,推导了频谱边带位置计算公式,数值分析了各种增益光纤长度、腔体总长度、色
论文目录:
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究锁模光纤激光器目的与意义
1.2 国内外对锁模光纤激光器的研究状况及其发展趋势
1.2.1 国内外研究状况
1.2.2 锁模光纤激光器的新进展
1.2.3 锁模光纤激光器的应用及其发展趋势
1.3 锁模光纤激光器亟需解决的问题
1.4 本论文的主要研究内容和章节安排
1.4.1 本论文完成的主要工作
1.4.2 本论文章节安排
第二章 锁模光纤激光器基本原理及其分析方法
2.1 锁模光纤激光器基本原理
2.1.1 锁模光纤激光器基本结构
2.1.2 锁模物理机制
2.2 锁模实现技术
2.2.1 主动锁模
2.2.2 被动锁模
2.2.3 混合锁模
2.3 锁模光纤激光器的理论分析模型
2.3.1 光纤介质影响脉冲传输的几个重要特性
2.3.2 光脉冲传输方程
2.3.3 锁模方程的建立
2.4 锁模方程的数值分析法
2.4.1 分步傅利叶变换(SSFT)法
2.4.2 分步有限差分(SSFD)法
2.5 小结
第三章 非线性偏振旋转被动锁模掺Er~(3+)光纤激光器
3.1 利用非线性偏振旋转效应实现被动锁模的基本原理
3.2 NPE锁模器件的线性和非线性特性分析
3.2.1 线性特性分析
3.2.2 非线性特性分析
3.3 锁模时域方程及腔体参数对锁模脉冲特性影响
3.4 被动锁模光纤激光器自起振的理论分析
3.5 实验结果与讨论
3.6 小结
第四章 频谱边带的产生与抑制
4.1 引言
4.2 理论分析
4.3 频谱边带的数值模拟分析
4.3.1 频谱边带产生机理的数值实验验证
4.3.2 增益光纤长度对频谱边带影响
4.3.3 腔体长度对频谱边带影响
4.3.4 色散系数对频谱边带影响
4.3.5 脉冲宽度对频谱边带影响
4.3.6 耦合输出比对频谱边带影响
4.3.7 脉冲形状对频谱边带影响
4.4 频谱边带抑制措施
4.4.1 降低腔内色散
4.4.2 减小腔体总长度
4.4.3 缩短增益光纤长度
4.4.4 调节偏振控制器
4.5 实验结果与讨论
4.5.1 频谱边带位置的实验验证
4.5.2 增益光纤长度对频谱边带幅度抑制
4.6 小结
第五章 多脉冲现象的实验研究与数值模拟分析
5.1 引言
5.2 多脉冲产生的实验研究
5.2.1 脉冲分裂
5.2.2 非等幅多脉冲孤子簇
5.2.3 准谐波锁模与谐波锁模
5.3 多脉冲产生数值模拟分析
5.3.1 理论模型
5.3.2 高能量孤子脉冲分裂
5.3.3 偏振控制器对锁模脉冲分裂阈值及脉冲间距影响
5.4 小结
第六章 集总增益放大被动锁模掺Er~(3+)光纤激光器
6.1 引言
6.2 集总增益放大被动锁模掺Er~(3+)纤激光器结构
6.3 理论分析
6.3.1 理论模型
6.3.2 耦合输出器位置对锁模脉冲影响
6.3.3 耦合输出比对锁模脉冲影响
6.3.4 腔体长度对锁模脉冲影响
6.3.5 色散系数对锁模脉冲影响
6.3.6 脉冲宽度对锁模脉冲影响
6.3.7 脉冲形状对锁模脉冲影响
6.4 实验结果与讨论
6.5 小结
第七章 高能量超短脉冲被动锁模掺Er~(3+)光纤激光器
7.1 引言
7.2 高能量锁模掺Er~(3+)光纤激光器实验结构图
7.3 理论分析
7.3.1 耦合输出比下分布式放大与集总放大激光器之间的差异
7.3.2 集总放大锁模光纤激光器在高耦合输出比下的特性
7.4 实验结果分析及讨论
7.4.1 耦合输出比R为70％的实验结果
7.4.2 耦合输出比R为85％的实验结果
7.4.3 激光器工作稳定性讨论
7.5 小结
第八章 全文总结
8.1 论文主要内容
8.2 论文的主要创新点
8.3 下一步需要讨论的问题
参考文献
致谢
附录
作者简历及攻读博士学位期间发表的论文
发布时间: 2005-09-23
参考文献
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- [5].基于二维纳米材料的光纤激光器研究[D]. 王庆凯.湖南大学2015
- [6].基于低维纳米材料主、被动调制的脉冲光纤激光器研究[D]. 李雕.西北大学2018
- [7].基于光纤激光器的微波信号产生及其应用研究[D]. 贾青松.长春理工大学2018
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相关论文
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