光脉冲压缩及高功率脉冲传输研究

论文摘要

通过绝热压缩获得超短脉冲是当前光通信领域的研究热点。同时随着高功率光纤激光器和放大器的发展,非线性效应的管理问题也正成为非线性光纤光学研究的重点和难点。本文主要围绕脉冲绝热压缩技术和高功率光脉冲的喇曼效应抑制开展了相关研究,具体内容如下:一、光脉冲绝热压缩技术的研究1.采用渐减系数κ=0.25km-1的线性渐减DDF,将脉宽10ps、峰值功率4.15W的双曲正割形基孤子脉冲压缩至6.4ps;采用渐减系数κ=0.7km-1的高斯形渐减DDF,脉宽最短可达195.3fs,压缩因子为51.2,但输出脉冲具有较大的基座。2.选取渐减系数κ=0.25km-1的线性渐减DDF作为优化对象,辅以增益系数为4.5dB/km的分布喇曼放大,将脉冲从TFWHM=10ps压缩至878.7fs。3.利用3.0km长的线性渐减DDF构成的非线性光纤环形镜（NOLM）,并辅以7dB/km的分布喇曼增益,将TFWHM=10ps的孤子脉冲压缩至195.3fs,同时基座能量仅为11.61%。二、大模场单模光纤的设计1.采用传统单模光纤结构,分析了芯径变化对光纤有效折射率、有效模场面积以及损耗等参数的影响。在保证单模的条件下,实现了150μm2的基模有效面积。2.利用弯曲滤波法,进一步增大芯径,得到了250μm2的基模有效面积。3.利用大平顶结构实现大模场面积光纤,设计出5000μm2基模有效面积的大平顶光纤,并通过弯曲滤波法滤去高阶模,获得基模输出。三、高功率光脉冲在光纤中的喇曼效应抑制1.分析了受激喇曼散射对高功率纳秒脉冲在光纤中传输特性的影响。2.利用已有的大模场光纤和自行设计的大模场光纤对高功率脉冲进行了传输模拟,结果证实了自行设计的光纤对抑制光纤中喇曼效应具有更好的效果。四、高能量超短脉冲产生及压缩技术1.利用基孤子脉冲在正常色散光纤放大器中传输的自相似特性,得到了能量为2nJ的抛物脉冲;2.采用群速度色散参量较大的反常色散光纤以及由其构成的NOLM对高能量抛物脉冲压缩,得到了峰值功率达1884W的fs脉冲。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光脉冲压缩技术研究的背景及现状
• 1.2 高功率激光器的发展与光纤中的非线性效应管理
• 1.3 大模场面积光纤的设计及模式控制
• 1.4 高能量fs 光脉冲技术
• 1.5 本论文的主要研究工作
• 第二章 光脉冲的绝热压缩技术
• 2.1 绝热孤子压缩的原理
• 2.2 分布喇曼放大辅助色散渐减光纤实现脉冲绝热压缩
• 2.2.1 利用色散渐减光纤实现脉冲压缩的原理
• 2.2.2 数值模拟结果及分析
• 2.2.3 采用分布喇曼放大辅助色散渐减光纤的绝热脉冲压缩
• 2.2.4 数值计算结果及分析
• 2.3 色散渐减光纤环形镜实现脉冲绝热压缩
• 2.3.1 利用DDF-NOLM 实现脉冲压缩的原理
• 2.3.2 数值计算结果及分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 大模场面积光纤设计
• 3.1 通过减小传统阶跃单模光纤的数值孔径实现大模场面积
• 3.1.1 光纤单模传输条件
• 3.1.2 有效模场面积
• 3.1.3 基模有效折射率
• 3.1.4 弯曲损耗
• 3.2 弯曲滤波法实现大模场面积
• 3.3 大平顶模光纤
• 3.3.1 有效模场面积
• 3.3.2 弯曲损耗
• 3.4 本章小结
• 第四章 高功率光脉冲在光纤中的喇曼效应抑制
• 4.1 引言
• 4.2 高功率脉冲引起的受激喇曼散射
• 4.3 大模场面积光纤（LMAF）对喇曼效应的抑制
• 4.3.1 大模场面积光纤中的受激喇曼散射
• 4.3.2 利用所设计的大模场面积光纤对喇曼效应的抑制
• 4.4 本章小结
• 第五章 高能量超短脉冲产生技术
• 5.1 脉冲自相似放大的理论研究
• 5.2 脉冲在正常色散光纤放大器中的传输
• 5.3 高能量抛物脉冲压缩
• 5.4 本章小结
• 工作总结及展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢