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超短光脉冲产生技术研究

作　者: 吴永超
导　师: 贾东方
学　校: 天津大学
专　业: 物理电子学
关键词: 超短光脉冲半导体可饱和吸收镜非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器半导体光放大器脉冲压缩
分类号: TN929.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

超短脉冲光源是高速光纤通信系统的关键技术之一,是当前光通信领域的研究热点。随着高功率光纤激光器和放大器的发展,超短脉冲产生技术正成为非线性光纤光学的研究重点之一。本论文主要围绕超短脉冲产生技术和脉冲压缩问题开展了相关理论分析和实验研究,具体内容如下:一、半导体可饱和吸收镜(SESAM)被动锁模技术研究1.利用非线性薛定谔方程对SESAM被动锁模建立过程进行数值模拟,得到了相同初态、不同增益和色散条件下的锁模脉冲演化过程。2.对SESAM被动锁模环形激光器进行了实验研究,当泵浦功率为30mW时,得到了重复频率为97.7MHz、中心波长为1567.6nm的稳定锁模脉冲。二、非线性偏振旋转(NPR)被动锁模掺铒光纤激光器的研究1.利用时域锁模方程对非线性偏振旋转锁模技术进行了理论分析。2.利用非线性偏振旋转加成锁模技术,在泵浦功率为23mW时,就获得了自起振、稳定的、重复速率为为14.49MHz、中心波长为1563.3nm、谱宽为14.4nm、脉宽为330.5fs的锁模光脉冲,并研究了耦合输出比对锁模脉冲的影响。3.通过在腔内加入420m长的HNLF,进行了超长腔被动锁模激光器研究,得到了重复频率为444kHz、脉冲质量更好的锁模脉冲,单脉冲能量达到了12nJ,并且脉冲频谱更为光滑。4.采用W型EDF进行了S-band锁模激光器的实验研究,得到重复频率为12.5MHz,中心波长为1525nm的锁模脉冲。5.利用高掺铒光纤和HNLF获得了稳定的双波长和三波长锁模脉冲输出。三、基于半导体光放大器(SOA)的脉冲压缩研究1.利用经典分段模型,分析了SOA中自相位调制对光脉冲产生的啁啾以及其脉冲压缩的基本原理。2.对SOA脉冲压缩进行了数值模拟,在不同泵浦功率和注入电流条件下,通过合理选取单模光纤的长度,可以将25ps的入射光脉冲压缩到3ps左右,压缩因子为8.3。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-19
  1.1 被动锁模光纤激光器研究进展  8-12
    1.1.1 SESAM被动锁模光纤激光器  9-10
    1.1.2 非线性光纤环形镜锁模技术  10-11
    1.1.3 非线性偏振旋转锁模技术  11-12
  1.2 被动锁模光纤激光器存在的问题  12-14
  1.3 光脉冲压缩技术  14-17
    1.3.1 光纤－光栅对光学脉冲压缩  14-15
    1.3.2 色散补偿法压缩啁啾脉冲  15
    1.3.3 高阶孤子效应压缩  15-16
    1.3.4 绝热孤子压缩技术  16
    1.3.5 基于DD-NOLM的脉冲压缩技术  16
    1.3.6 基于XPM效应的光脉冲压缩  16-17
  1.4 本论文的主要研究内容  17-19
第二章 SESAM被动锁模技术研究  19-33
  2.1 SESAM相关知识  19-22
    2.1.1 SESAM的结构  19-20
    2.1.2 SESAM的重要参数  20-21
    2.1.3 SESAM被动锁模的建立过程  21-22
  2.2 SESAM非线性作用的数学描述  22-24
    2.2.1 SESAM被动锁模的数学描述  22-23
    2.2.2 分步傅里叶法求解SESAM锁模方程  23-24
  2.3 SESAM被动锁模的数值模拟  24-29
    2.3.1 SESAM对光强变化的影响  24-25
    2.3.2 考虑增益饱和时SESAM被动锁模数值模拟  25-29
  2.4 SESAM被动锁模光纤激光器的实验研究  29-32
    2.4.1 基于SESAM的被动锁模掺铒光纤激光器实验研究  29-30
    2.4.2 基于SESAM和EDFA的被动锁模环形激光器的实验研究  30-32
  2.5 本章小结  32-33
第三章非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器研究  33-57
  3.1 引言  33-34
  3.2 非线性偏振旋转锁模的经典动力学模型分析  34-40
    3.2.1 利用非线性偏振旋转效应实现被动锁模的基本原理  34-35
    3.2.2 描述被动锁模的数学模型  35-39
    3.2.3 输出脉冲光谱边带的产生  39
    3.2.4 高阶谐波锁模的产生问题  39-40
  3.3 C波段非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器实验研究  40-49
    3.3.1 基于NPR和EDFA的被动锁模实验  40-42
    3.3.2 高能量非线性偏振旋转被动锁模掺铒光纤激光器  42-46
      3.3.2.1 实验装置  42
      3.3.2.2 实验结果  42-45
      3.3.2.3 耦合输出比对锁模脉冲的影响  45-46
    3.3.3 超长腔被动锁模光纤激光器  46-49
  3.4 S波段非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器  49-51
  3.5 双波长非线性偏振旋转被动锁模光纤激光器  51-56
    3.5.1 双波长被动锁模光纤激光器实验研究  51-54
    3.5.2 双波长产生机理研究  54-56
  3.6 本章小结  56-57
第四章基于半导体光放大器的脉冲压缩研究  57-67
  4.1 SOA脉冲压缩的理论模型  57-60
    4.1.1 光脉冲在SOA中的传输  57-59
    4.1.2 光脉冲在普通单模光纤中的传输  59
    4.1.3 基于SOA的光脉冲压缩原理  59-60
  4.2 半导体光放大器产生啁啾的数值模拟  60-62
  4.3 半导体光放大器压缩的数值模拟  62-66
  4.4 本章小结  66-67
第五章工作总结及展望  67-69
参考文献  69-76
发表论文和参加科研情况说明  76-77
致谢  77

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