紧凑型光子晶体光纤锁模激光器及纠缠光子源的研究

论文摘要

光子晶体光纤以其特殊的结构和特有的优势,为许多科研领域带来了新的机遇。基于光子晶体光纤的被动锁模激光器更以成本低廉,结构紧凑,稳定性强,输出功率高等优势,推进了飞秒激光技术的普及化应用进程。光子晶体光纤在量子信息方面的应用近些年来也成为光子晶体光纤应用研究的一个热点,利用光子晶体光纤自身的优势,并结合稳定的超短脉冲光源为制备结构紧凑、高效率的纠缠光子源提供了有效途径。本论文主要围绕实现高功率、紧凑型的光子晶体光纤锁模激光器以及基于光子晶体光纤产生纠缠光子对进行了研究。主要研究内容如下:一、基于掺Yb3+大模场面积光子晶体光纤,设计并搭建了一种腔型结构简单,利用光纤端面直接作为输出耦合的高功率锁模光子晶体光纤激光器,并利用半导体可饱和吸收镜实现了激光器的自启动锁模。激光器直接利用增益光纤端面作为腔镜,减少了分立元件的使用,使高功率锁模光纤激光器更加紧凑实用。构建了光子晶体光纤锁模激光器的数值模型,对激光器的输出特性及锁模的动力学过程进行了数值模拟,模拟结果与实验结果很好的吻合。二、搭建了具有端面输出耦合特点并利用光栅对进行色散补偿的掺Yb3+大模场面积光子晶体光纤锁模激光器。获得了平均输出功率3.1 W,单脉冲能量56 nJ的锁模脉冲输出,直接输出脉冲宽度为494 fs。并实现了激光器锁模输出的脉冲宽度、光谱宽度以及光谱中心波长的可调谐。系统研究了由光栅对滤波特性引起的光谱及脉冲宽度的呼吸效应。三、搭建了具有端面输出耦合特点全正色散锁模的光子晶体光纤激光器。获得了平均输出功率2.6 W,单脉冲能量46 nJ的锁模脉冲输出,直接输出脉冲宽度为1.9 ps,经腔外色散补偿后脉冲可压缩至425 fs。进一步利用窄带滤波片引入光谱滤波机制,实现了耗散孤子锁模,获得了828 fs的直接输出脉冲宽度,单脉冲能量为30 nJ,峰值功率为36.6 kW。四、数值分析了各种参数对光子晶体光纤中四波混频增益特性的影响,并进行了实验研究。搭建了利用钛宝石飞秒激光器泵浦,通过光子晶体光纤的自发四波混频效应产生800 nm波段纠缠光子对的实验装置,以及探测纠缠光子对的实验装置,并通过对产生光子的单通道光子计数总结了利用光子晶体光纤高效率地产生纠缠光子需要的实验条件。提出利用高功率紧凑型光子晶体光纤锁模激光器产生1.04μm波段的高效率纠缠光子对的实验方案。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 超短脉冲激光技术
• 1.2 光纤锁模激光器
• 1.2.1 光纤锁模激光器的特点
• 1.2.2 光纤锁模激光器的锁模方式
• 1.3 光子晶体光纤
• 1.3.1 光子晶体光纤的特点
• 1.3.2 光子晶体光纤锁模激光器
• 1.4 光子晶体光纤产生纠缠光子对
• 1.4.1 产生纠缠光子对的传统方法
• 1.4.2 光子晶体光纤产生纠缠光子对的优势
• 1.5 选题意义、研究内容及主要创新点
• 第二章 超短脉冲在光纤中的传输特性
• 2.1 光纤的基本特性
• 2.1.1 色散
• 2.1.2 非线性效应
• 2.2 光纤锁模激光器的数值模拟
• 3+光纤的增益特性'>2.2.1 掺Yb³⁺光纤的增益特性
• 2.2.2 SESAM的被动锁模机制
• 2.2.3 超短脉冲在增益光纤中的传输方程
• 2.2.4 分步傅立叶方法
• 2.2.5 GVD对脉冲的影响
• 2.2.6 SPM效应对脉冲的影响
• 2.2.7 光纤锁模激光器的数值模型
• 2.3 光纤中四波混频的经典理论
• 2.3.1 耦合波方程
• 2.3.2 四波混频的参量增益
• 2.3.3 相位匹配
• 第三章 紧凑型可调谐光子晶体光纤锁模激光器
• 3.1 光纤端面直接输出耦合结构
• 3.2 端面输出耦合的可调谐LMAPCF锁模激光器
• 3.2.1 实验装置
• 3.2.2 滤波机制的产生
• 3.2.3 实验结果
• 3.2.4 数值模拟及分析
• 3.3 无滤波端面输出耦合LMAPCF锁模激光器
• 3.3.1 实验装置
• 3.3.2 实验结果
• 3.3.3 数值模拟及分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 紧凑型全正色散及耗散孤子锁模光子晶体光纤激光器
• 4.1 紧凑型全正色散锁模的LMAPCF激光器
• 4.1.1 实验装置
• 4.1.2 实验结果
• 4.1.3 数值模拟及分析
• 4.2 紧凑型耗散孤子锁模的LMAPCF激光器
• 4.2.1 实验装置
• 4.2.2 滤波片角度对锁模输出特性的影响
• 4.2.3 实验结果
• 4.2.4 数值模拟及分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于光子晶体光纤产生纠缠光子对
• 5.1 光子晶体光纤的色散测量装置
• 5.2 光子晶体光纤的四波混频实验
• 5.2.1 实验装置
• 5.2.2 实验结果及四波混频增益特性
• 5.3 纠缠光子对的探测
• 5.3.1 实验装置
• 5.3.2 纠缠光子的计数
• 5.3.3 计数结果及分析
• 5.4 1.04 μm波段纠缠光子对的制备
• 5.4.1 数值模拟
• 5.4.2 实验方案及分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 端面输出耦合的LMAPCF锁模激光器
• 6.2 基于光子晶体光纤产生纠缠光子对
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 发表论文情况
• 承担的科研任务
• 致谢