高功率自相似掺铒光纤放大器的研究

论文摘要

太赫兹辐射在很多领域有着广泛的应用前景。产生太赫兹的方法很多,但是大都需要高功率超短光脉冲作为激励源来激发太赫兹辐射。超短光脉冲激光器在该领域的应用前景进一步提升了它的地位和重要性。在产生超短光脉冲的众多方法中,光纤放大器以其结构简单、高效率、高稳定性、等优势受到特殊的青睐。由于自相似光纤放大器能够在放大的同时展宽频谱,有利于实现脉冲压缩,得到高功率的超短脉冲,近年来受到人们更多的关注。自相似放大系统最大的限制因素是有限增益带宽和受激喇曼散射(SRS)。本文就是针对这方面,完成了掺Er自相似放大系统限制因素的研究,并提出系统优化设计的方案。本文主要内容如下:1、综述了多种光纤放大系统的原理及发展现状,详细深入地比较了各种系统的特点,突出论述了自相似放大系统的优势。2、对泵浦方式的分析表明,适当搭配前后泵浦能量,能够在较大增益系数范围内实现均匀泵浦。3、研究了受激喇曼散射、有限增益带宽在自相似光纤放大系统中的产生的机理及影响。通过适当地简化分析和模拟计算,划出了放大系统的运转阈值来合理地规避这些不利因素。4、针对本实验室具有的掺Er光纤及种子脉冲源参数,通过匹配光纤的增益系数及光纤长度,对自相似放大系统进行了模拟设计。结果表明在运转阈值以内,系统输出的最大脉冲能量可以达到16.0nJ,并给出了得到最大能量时所用光纤增益系数和光纤长度。5、一方面研究了种子脉冲参数对自相似放大系统输出的影响,发现输出的自相似脉冲的最大能量与种子脉冲能量无关;另一方面,改变构成放大系统的光纤参数,研究光纤的非线性系数及色散系数对自相似放大系统输出的影响,发现非线性系数越小、色散系数越大越有利于获得高功率的自相似脉冲。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 太赫兹的激发与超短光脉冲技术
• 1.1.1 超短光脉冲对太赫兹的激发
• 1.1.2 超短光脉冲技术简介
• 1.1.3 光纤超短光脉冲系统
• 1.2 常用的光纤放大的方法
• 1.2.1 啁啾脉冲放大
• 1.2.2 光纤脉冲压缩系统
• 1.2.3 自相似脉冲放大
• 1.3 课题的意义及本文主要工作
• 1.3.1 课题的意义
• 1.3.2 本文主要工作
• 第二章 理想自相似放大理论模型
• 2.1 理想模型的适用条件
• 2.2 基本理论模型
• 2.3 时域分析
• 2.4 频谱分析
• 2.5 模型适用性分析
• 第三章 自相似系统限制因素的分析
• 3.1 有限增益带宽的限制
• 3.1.1 有限增益带宽产生的原理
• 3.1.2 有限增益带宽对系统的影响
• 3.2 受激喇曼散射的影响
• 3.2.1 受激喇曼散射简介
• 3.2.2 放大系统中的受激喇曼散射
• 3.2.3 脉冲相互作用的过程
• 3.2.4 被积函数近似法与误差分析
• 3.2.5 积分区间近似法与误差分析
• 3.3 泵浦方式的优化
• 3.3.1 放大器增益
• 3.3.2 数值模拟与讨论
• 第四章 系统最优化设计
• 4.1 引言
• 4.2 光纤长度和增益系数的匹配
• 4.2.1 受激喇曼散射（SRS）的阈值
• 4.2.2 有限增益带宽的阈值
• 4.2.3 SRS和有限增益带宽同时考虑
• 4.3 脉冲的压缩
• 4.4 种子脉冲对系统的影响
• 4.4.1 种子脉冲能量的影响
• 4.4.2 最佳入射脉宽
• 4.5 光纤参数对系统的影响
• 4.5.1 信号谱宽和SRS峰功的变化趋势
• 4.5.2 色散和非线性系数对阈值的影响
• 4.5.3 色散和非线性系数对整个系统的影响
• 4.6 系统优化方案
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢