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全正色散锁模光纤激光器的研究

作　者: 赵慧
导　师: 柴路
学　校: 天津大学
专　业: 光电子技术
关键词: 全正色散锁模光纤激光器 谱滤波 非线性偏振旋转 Ginzburg-Landau方程 分步傅立叶方法 单脉冲能量
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


近二十多年来,锁模光纤激光器以其小巧的体积、优越的性能、灵活的结构和丰富的锁模机制,成为超短脉冲激光技术中一个极具活力和应用前景的分支领域,受到了人们的广泛关注。近年来新提出的全正色散(ANDi)锁模光纤激光器,由于不含有负色散元件,因此结构可以更为简单。同时,它主要依靠频谱滤波效应等耗散过程实现腔内脉冲的整形,因此又为锁模光纤激光器引入了新的锁模机制。本文围绕掺镱的ANDi锁模光纤激光器开展了相关的理论、数值和实验研究工作。理论研究方面,本文较为详细的阐述了光纤激光器中色散、非线性和增益三个关键要素对于脉冲的影响,并在此基础上推导得到了描述锁模光纤激光器中脉冲传输特性的Ginzburg-Landau方程。同时阐述了ANDi锁模的具体机制及其锁模脉冲的特点。数值模拟方面,建立了锁模光纤激光器的数学模型,利用分步傅立叶方法数值求解。在形成清晰的腔内动力学过程图像的基础上,分别讨论了短腔和长腔两种条件下,腔中单模光纤长度对于锁模脉冲特性的影响,以及长腔条件下光纤增益对于输出脉冲特性的影响。实验方面,搭建了基于传统单模光纤的环形腔的掺镱ANDi锁模光纤激光器,分别在26.6MHz、6.66 MHz、5.05 MHz的重复频率下得到了3.5nJ、12nJ和20nJ的单脉冲能量,通过优化增益光纤长度,又进一步将5.05 MHz重复频率下的单脉冲能量提高到了32nJ,并利用光栅对对此时的高啁啾宽脉冲进行了腔外压缩实验,取得了初步成效。实验中观察到的腔长变化时脉冲参数的变化趋势与数值模拟的结果一致。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-17
  1.1 超短脉冲技术概述  8-11
    1.1.1 超短激光脉冲的特点及应用  8-9
    1.1.2 超短激光脉冲的产生  9-10
    1.1.3 超短脉冲技术的发展  10-11
  1.2 锁模光纤激光器  11-15
    1.2.1 光纤激光器的优点  11-12
    1.2.2 光纤激光器的锁模  12-14
    1.2.3 全正色散锁模光纤激光器  14-15
  1.3 脉冲压缩技术  15-16
  1.4 本文主要工作  16-17
第二章 全正色散锁模光纤激光器的相关理论  17-30
  2.1 光纤中的色散、非线性和增益  17-22
    2.1.1 色散  17-18
    2.1.2 非线性  18-19
    2.1.3 增益  19-22
  2.2 锁模光纤激光器中的脉冲传输方程  22-24
    2.2.1 光纤中脉冲传播的基本波方程  22-23
    2.2.2 非线性薛定谔方程  23-24
    2.2.3 Ginzburg-Landau 方程  24
  2.3 全正色散锁模光纤激光器的锁模机制  24-28
    2.3.1 耗散机制  25-26
    2.3.2 NPR 锁模  26-27
    2.3.3 锁模脉冲特点  27-28
  2.4 脉冲的压缩  28
  2.5 本章小结  28-30
第三章 全正色散锁模光纤激光器的数值模拟  30-46
  3.1 数值模型及算法  30-33
    3.1.1 数值模型的建立  30-32
    3.1.2 分步傅立叶方法  32-33
  3.2 常规短腔ANDi 锁模光纤激光器的模拟  33-40
    3.2.1 基本的腔内动力学过程  33-37
    3.2.2 单模光纤长度对锁模脉冲的影响  37-40
  3.3 长腔ANDi 锁模光纤激光器的模拟  40-45
    3.3.1 单模光纤长度的影响  40-43
    3.3.2 增益的影响  43-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章 长腔全正色散锁模光纤激光器的实验研究  46-57
  4.1 腔型结构  46-47
  4.2 短腔实验  47-48
  4.3 长腔实验  48-55
    4.3.1 SMF1 长度对输出脉冲的影响  48-52
    4.3.2 脉冲的腔外压缩  52-55
  4.4 本章小结  55-57
第五章 总结与展望  57-59
  5.1 本文工作总结  57-58
  5.2 展望  58-59
参考文献  59-64
发表论文和参加科研情况说明  64-65
致谢  65

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器
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