论文题目: 超短脉冲掺镱光纤激光器的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学工程
作者: 黄绣江
导师: 刘永智,隋展
关键词: 掺光纤激光器,超短脉冲,被动锁模,啁啾光纤光栅,脉冲压缩,宽带可调谐
文献来源: 电子科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 掺稀土元素光纤激光器和超短脉冲技术是近年来国际上十分热门的两个光学研究领域,本文着眼于结合这两个领域相关技术的优势,以国家863-416项目“掺Yb光纤激光器的关键技术研究”为背景,针对神光Ⅲ前端系统亟待解决的问题,对应用于神光Ⅲ前端系统的高性能普通掺Yb3+光纤激光器和掺Yb3+光纤超短脉冲锁模激光器进行了深入的研究:将计算机仿真和具体实验相结合,对掺Yb3+光纤激光器输出特性参数（阈值功率、输出激光功率、增益等）与腔构参数（光纤长度、输出耦合比、泵浦方式等）之间的关系进行了详细推导,对掺Yb3+光纤超短脉冲激光器的稳定特性、带宽特性、自启动特性等性能进行了详细分析,并研制出高性能的普通掺Yb3+光纤激光器和掺Yb3+光纤超短脉冲激光器;利用啁啾光纤光栅的色散补偿特性,提出实现全光纤结构fS量级掺Yb3+光纤脉冲激光器的新颖方案;研制出了利用光栅对压缩获得超短脉冲的光纤激光器;研制出可用于自由空间激光通信系统的掺Yb3+光纤放大器信号源;并利用偏振主态原理对掺Yb3+光纤激光器的可调谐特性进行分析,研制出了宽带可调谐掺Yb3+光纤激光器。本文的主要内容与研究成果如下: 1.在忽略放大自发辐射ASE的情况下,从速率方程出发,详细推导出掺镱光纤激光器线性腔和环行腔的阈值功率、增益、斜率效率与输出功率的解析表达式;对波长为980nm的激光抽运掺Yb3+光纤激光器进行数值模拟,详尽分析激光器阈值、输出激光功率、增益等重要参数与抽运功率、光纤长度、腔镜反射率、掺杂浓度、输出耦合比、泵浦方式等参量之间的关系。其结合具体实验的数值模拟结果表明:激光器结构参数对性能参数影响很大,结构参数的选择对激光器的优化设计具有重要意义。 2.首次采用高掺杂浓度Yb3+光纤研制出了短腔长环形激光器,获得了中心波长为1053.24nm的激光输出:激光器的输出带宽为0.06nm,入纤泵浦阈值功率为55mW,最大输出功率为24.5mW,斜率效率为15.1%,长时间工作稳定性较好,具有应用于ICF前端的潜在价值。 3.从时域锁模方程出发,分析了快速与慢速可饱和吸收体获得超短脉冲的机理,详细讨论了带宽限制、损耗、色散、自相位调制、自振幅调制等因素对
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究超短脉冲光纤激光器的意义
1.2 光纤激光器和超短脉冲技术在国内外的发展状况
1.3 光纤激光器的特点
1.4 超短脉冲光纤激光器的技术方案、应用状况及发展趋势
1.4.1 展宽脉冲附加锁模光纤激光器
1.4.2 光纤光栅激光器
1.4.3 超连续谱(SC)光纤激光器
1.5 光纤激光器的应用及发展趋势
1.6 光纤激光器在ICF系统中的应用
1.6.1 ICF和高功率激光
1.6.2 ICF前端系统国内外发展现状及趋势
1.6.3 超短脉冲光纤激光器在神光Ⅲ原型装置中的应用
1.7 本论文的主要工作
1.8 本论文的章节安排
第二章 光纤激光器的结构与原理
2.1 光纤激光器的基本结构和原理
2.2 光子-原子相互作用
2.2.1 自发辐射、受激吸收与受激辐射
2.2.2 泵浦与粒子数反转
2.2.3 光的自激振荡
2.3 本章小结
第三章 掺Yb~(3+)光纤激光器的理论及实验研究
3.1 Yb~(3+)离子的能级结构和光谱特性
3.2 掺Yb~(3+)光纤激光器的数值模型
3.2.1 三能级系统与四能级系统的速率方程
3.2.2 掺Yb~(3+)光纤激光器的速率方程
3.3 Yb~(3+)光纤激光器的阈值、斜率效率和增益
3.3.1 线形腔掺Yb~(3+)光纤激光器的斜效率、阈值和输出功率分析
3.3.2 环形腔掺Yb~(3+)光纤激光器的斜率效率、阈值和输出功率分析
3.3.3 掺Yb~(3+)光纤激光器的增益特性
3.3.4 掺Yb~(3+)光纤激光器输出中心波长的分析
3.4 掺Yb~(3+)光纤激光器泵浦方式的理论分析
3.5 掺Yb~(3+)光纤激光器的实验研究
3.5.1 半导体泵浦激光器的光谱与功率
3.5.2 不同Yb~(3+)光纤长度的环形腔激光器的实验研究
3.5.3 不同泵浦方式的环形腔掺Yb~(3+)光纤激光器的实验研究
3.5.4 不同输出耦合比的环形腔掺Yb~(3+)光纤激光器的实验研究
3.5.5 中心波长为1053nm的掺Yb~(3+)光纤激光器的实验研究
3.6 小结
第四章 掺Yb~(3+)光纤超短脉冲激光器的理论及实验研究
4.1 锁模的机理
4.2 锁模方法的比较与选取
4.2.1 主动锁模
4.2.2 被动锁模
4.2.3 混合锁模
4.2.4 同步泵浦锁模
4.3 超短脉冲光纤激光器锁模脉冲输出特性分析
4.3.1 快速饱和吸收体被动锁模光纤激光器输出特性分析
4.3.2 快速与慢速饱和吸收体被动锁模光纤激光器输出特性分析
4.4 超短脉冲激光器的自启动与稳定性研究
4.4.1 被动锁模环形光纤激光器的自启动的理论分析
4.4.2 被动锁模环形光纤激光器的稳定性分析
4.5 被动锁模掺Yb~(3+)光纤环形激光器的实验研究
4.6 本章小结
第五章 脉冲压缩和放大技术
5.1 脉冲压缩物理机制
5.2 用于脉冲压缩的啁啾光纤光栅特性分析与设计
5.2.1 光纤光栅的分类与选取
5.2.2 啁啾光纤光栅的色散补偿及压缩脉冲原理
5.2.3 啁啾光纤光栅的数值模型
5.2.4 啁啾光纤光栅的特性分析
5.2.5 啁啾光纤光栅激光器的设计
5.3 光栅对色散补偿与压缩脉冲的设计
5.3.1 光栅对压缩脉冲的工作原理与数值模型
5.3.2 平行光栅对的特性分析
5.3.3 平行光栅对的设计
5.4 掺镱光纤放大器的原理及理论分析
5.5 锁模脉冲放大及压缩实验研究
5.5.1 掺镱光纤放大器信号源的研制
5.5.2 锁模脉冲放大与压缩实验
5.6 本章小结
第六章 宽带可调谐掺Yb~(3+)光纤环形激光器的理论及实验研究
6.1 研究宽带可调谐掺Yb~(3+)光纤激光器的意义
6.2 偏振主态基本原理
6.3 偏振可调谐滤波器特性分析
6.4 宽带可调谐掺Yb~(3+)光纤激光器实验
6.5 本章小结
第七章 全文总结
7.1 论文主要内容
7.2 论文主要创新点
7.3 下一步需要讨论的问题
参考文献
致谢
附录A 光栅对尺寸设计表
作者简历及攻读博士学位期间发表的论文
发表及录用的主要论文
发布时间: 2005-09-23
参考文献
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