掺镱光纤超短脉冲激光器的理论与实验研究

论文摘要

超短脉冲光源是目前非线性光学、超快光学技术领域中的一个非常活跃的前沿课题,也是实现光纤通信系统超高速、大容量传输的关键技术之一。因此,对光纤超短脉冲光源的理论和实验研究具有非常重要的意义。目前,掺Yb3+光纤激光器以其优良的性能正引起学术界和商界的浓厚兴趣而成为当前科研的一大热点。结合课题组所承担的基金项目和实验室条件,本论文从理论和实验两方面对掺Yb3+光纤超短脉冲激光器进行了较为深入细致的研究,主要内容包括:一、非线性偏振旋转锁模掺镱光纤激光器的研究1.分别从时域锁模方程和非线性薛定谔方程组（CNLS）出发,分析了快速可饱和吸收体获得超短脉冲的机理,详细讨论并模拟了腔内各参数、偏振控制器状态以及光纤快轴与起偏器的夹角对锁模脉冲形成的影响。2.利用非线性偏振旋转技术,通过仔细调整偏振控制器的角度与泵浦功率的大小,首次在环行腔掺Yb3+光纤激光器内分别获得了调Q、调Q锁模与连续锁模三种不同形式的稳定脉冲输出。二、含有可饱和吸收体的直腔被动锁模掺镱光纤激光器的研究1.从非线性薛定谔方程出发,对被动锁模掺Yb3+光纤激光器自启动特性、稳定性进行了理论分析和数值模拟。2.在国内首次将半导体可饱和吸收镜（SESAM）作为慢可饱和吸收体与非线性偏振旋转效应作为等效快可饱和吸收体相结合,在直腔掺Yb3+光纤激光器内分别获得了调Q锁模和连续锁模脉冲输出。三、含有可饱和吸收体的环形腔被动锁模掺镱光纤激光器的研究1.从时域锁模方程出发,分析了快速与慢速可饱和吸收体相结合获得超短脉冲的机理,模拟仿真了腔体参数与锁模脉冲参数之间的关系,详细讨论了腔内各参数对锁模脉冲形成的影响。2.结合前两种锁模光纤激光器的优点,设计了一种新型的锁模光纤激光器装置。通过调整偏振控制器的角度与泵浦功率的大小,在该光纤激光器内分别获得了调Q与连续锁模脉冲输出,并验证了这种锁模光纤激光器的优势所在。以上通过理论分析与实验验证相结合的方法,我们对不同结构的Yb3+锁模光纤激光器进行较为细致的研究分析,所得实验结果与理论研究相吻合。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超短脉冲激光器研究的意义
• 1.3 超短脉冲技术发展的概况
• 1.4 超短脉冲光纤激光器的应用及发展趋势
• 1.5 超短脉冲光纤激光器的优点
• 1.6 超短脉冲光纤激光器尚需解决的问题
• 1.7 本文的章节安排
• 第二章 锁模光纤激光器基本原理及方法
• 2.1 引言
• 2.2 锁模光纤激光器的锁模机理
• 2.3 锁模光纤激光器的分类
• 2.3.1 主动锁模光纤激光器
• 2.3.2 被动锁模光纤激光器
• 2.3.3 混合锁模
• 2.4 小结
• 第三章 非线性偏振旋转锁模掺镱光纤激光器的研究
• 3.1 引言
• 3.2 非线性偏振旋转效应实现被动锁模实验装置与原理
• 3.3 激光器腔内各参数对锁模脉冲特性影响的分析
• 3.4 激光器输出脉冲序列的均匀性和稳定性分析
• 3.4.1 脉冲在光纤中传输模型的简化
• 3.4.2 偏振相关隔离器的模型化处理
• 3.4.3 稳定锁模状态条件及分析
• 3.5 实验结果与分析
• 3.5.1 调Q 实验
• 3.5.2 调Q 锁模实验
• 3.5.3 连续锁模实验
• 3.6 小结
• 第四章 含有可饱和吸收体的线形腔被动锁模掺镱光纤激光器的研究
• 4.1 引言
• 4.2 SESAM 与非线性偏振旋转相结合的线形腔掺镱光纤锁模激光器的实验装置与原理
• 4.3 被动锁模光纤激光器自启动及其稳定性的理论分析
• 4.4 实验结果与分析
• 4.5 小结
• 第五章 含有可饱和吸收体的环形腔被动锁模掺镱光纤激光器的研究
• 5.1 引言
• 5.2 SESAM 与非线性偏振旋转相结合的环形腔掺镱光纤锁模激光器的实验装置与原理
• 5.3 快速与慢速可饱和吸收体共同锁模光纤激光器输出特性分析
• 5.4 实验结果与分析
• 5.4.1 调Q 实验
• 5.4.2 连续锁模运转
• 5.5 小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 论文的主要工作
• 6.2 下一步的工作展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢