全光纤化被动调Q光纤激光器及超连续谱的产生

论文摘要

激光器的全光纤化是近年来激光器的一个重要研究方向,全光纤化激光器由于结构简单、环境影响小等优点,在光纤传感、光谱学、工业加工等领域都有着重要的应用。本文以掺Yb增益光纤和Bi/Cr共掺石英光纤为实验基础,研究了包括全光纤化可饱和吸收调Q技术、基于SBS快速被动调Q技术、超连续谱产生技术在内的新型光纤激光器技术。采用12cm长度的Bi/Cr石英光纤为可饱和吸收体,研制了基于光纤化可饱和吸收体(FSA)的被动调Q掺Yb光纤激光器,在5.6W泵浦功率下,获得了2.7W的调Q脉冲输出。脉冲宽度约为500ns,重复频率为50kHz。通过在15m长度的Yb增益光纤和一对光纤光栅对组成的线性谐振腔内直接熔接一段Bi/Cr共掺石英光纤,在975nm的半导体激光器连续泵浦下,实现了高重频的高峰值功率亚纳秒短脉冲激光输出。本文对受激布里渊散射效应快速调Q作用进行了阐述。实验结果表明,输出激光的重复频率与吸收的泵浦光功率成线性关系；脉冲激光峰值功率超过30kW；在吸收泵浦功率为8.2W时,光纤激光器获得了重复频率最高为50.2 kHz、平均功率为2W的亚纳秒脉冲激光输出。在此基础上,采用MOPA结构对600mW的激光种子进行了放大,功率放大至4W。采用结构极为简单的腔内非线性转换结构,以Bi/Cr共掺石英光纤为非线性转换介质,通过光纤中受激布里渊散射、受激拉曼散射、四波混频等各种非线性机制等共同作用,获得了光谱范围覆盖1060nm到2200nm,在1100nm至2000nm内光谱平坦度优于5dB的超连续谱。最后分析了实验相关的物理机理以及Bi/Cr石英光纤长度、泵浦功率对输出光谱的影响。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本课题的研究背景及意义
• 1.2.1 脉冲激光器的全光纤化
• 1.2.2 全光纤化超连续谱产生
• 1.3 本论文的章节安排
• 第二章 基于光纤化可饱和吸收体的调Q激光技术
• 2.1 引言
• 2.2 基于可饱和吸收体的被动调Q技术
• 2.2.1 可饱和吸收体特性与激光参数之间的关系
• 2.2.2 常见可饱和吸收体的总结和分类
• 2.3 新型光纤化可饱和吸收体
• 2.4 Bi/Cr共掺石英光纤作为可饱和吸收体的实验研究
• 2.4.1 基于Bi/Gr共掺石英光纤的全光纤激光器实验装置
• 2.4.2 基于Bi/Cr共掺石英光纤的全光纤激光器实验结果
• 2.4.3 分析讨论
• 2.4.3.1 Bi/Cr共掺石英光纤作为可饱和吸收体的性能
• 2.4.3.2 调Q脉冲中的多峰现象
• 2.4.3.3 泵浦功率及光纤长度对激光脉冲输出特性的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于受激布里渊散射的快速调Q激光技术
• 3.1 引言
• 3.2 基于受激布里渊散射（SBS）快速调Q的基本工作机制
• 3.2.1 受激布里渊散射效应（SBS）
• 3.2.2 基于受激布里渊散射快速被动调Q原理
• 3.3 基于受激布里渊散射（SBS）快速被动调Q的实验研究
• 3.3.1 实验装置
• 3.3.2 基于SBS的快速被动调Q激光器实验结果
• 3.3.3 Bi/Cr共掺石英光纤在SBS快速被动调Q中的作用
• 3.4 基于SBS快速被动调Q激光器的MOPA结构放大
• 3.4.1 实验装置
• 3.4.2 实验结果及讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 全光纤化超连续谱光源
• 4.1 引言
• 4.1.1 光纤中的非线性效应
• 4.1.2 超连续谱产生机制
• 4.2 全光纤超连续谱光源实验研究
• 4.2.1 实验装置
• 4.2.2 全光纤超连续谱实验结果
• 4.3 实验原理解释及问题讨论
• 4.3.1 物理机制的解释
• 4.3.2 泵浦光功率、Bi/Cr光纤长度对超连续谱输出的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结及展望
• 5.1 本论文工作内容的总结
• 5.2 本论文主要创新点
• 5.3 展望
• 参考文献
• 作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果