基于可饱和吸收体1.5μm耗散孤子锁模光纤激光器技术研究

基于可饱和吸收体1.5μm耗散孤子锁模光纤激光器技术研究

论文摘要

光纤激光器由于其光束质量好、散热优良、无需准直、结构紧凑和光-光转换效率高等优点,因此被广泛应用到机械精密加工、国防武器、光纤传感、医疗和激光雷达等方面。大能量超短脉冲在实际应用中更具价值,目前实现超短脉冲激光主要的方法是被动锁模。在锁模光纤激光器中,耗散孤子相比其他孤子锁模,能够克服传统孤子脉冲的能量限制,具有高的输出能量,引起研究者的兴趣与关注。本文主要围绕着减小耗散孤子非线性相移累积,利用碲化铋可饱和吸收体实现耗散孤子锁模脉冲展开研究,主要研究内容包括:1.研究了激光器锁模建立过程,详细分析了色散和非线性效应对光脉冲时域和频域上的影响。介绍四种基于不同物理机制产生的传统孤子、色散管理孤子、自相似孤子和耗散孤子的特点,经过理论分析确定了耗散孤子的优化方案。2.针对环形腔内光纤非线性和色散效应对耗散孤子的影响进行分析,探索减小耗散孤子非线性相移,提高脉冲能量与峰值功率的新方法。首先,建立锁模光纤激光器模型,利用软件Rp fiber power,对耗散孤子掺铒光纤激光器系统进行模拟。其次,利用B积分分析腔内总的非线性相移,利用一种新方法:在不加入其他器件的基础上对腔内无源光纤进行分布优化,减小腔内总的非线性相移,增大脉冲输出能量。最后,在腔外加入大模场负色散光纤,平衡输出脉冲的线性啁啾,压窄脉冲宽度,增大光纤激光器输出的峰值功率;3.针对可饱和吸收体光学特性对锁模的影响进行分析,最终选择碲化铋作为耗散孤子锁模的可饱和吸收体。利用水热合成的方法合成高质量碲化铋纳米薄片,并且制作了“三明治”结构可饱和吸收体薄膜,并研究了碲化铋的线性吸收和非线性可饱和吸收特性。搭建基于碲化铋可饱和吸收体光纤激光器,实现了传统孤子锁模和耗散孤子锁模等丰富的实验现象。在406 mW泵浦功率,实现了重复频率15 MHz,脉冲宽度180 ps,光谱宽度4.6 nm耗散孤子锁模脉冲输出。在泵浦功率593 mW下,输出平均功率12.7 mW。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 超短脉冲光纤激光器研究背景
  •   1.2 “真实”可饱和吸收体被动锁模光纤激光器
  •     1.2.1 SESAM锁模光纤激光器
  •     1.2.2 碳基可饱和吸收体锁模光纤激光器
  •     1.2.3 新型二维材料可饱和吸收体锁模光纤激光器
  •   1.3 “人造”可饱和吸收体被动锁模光纤激光器
  •     1.3.1 非线性偏振旋转锁模
  •     1.3.2 非线性放大环形镜锁模
  •   1.4 论文的主要内容与章节安排
  • 第2章 锁模光纤激光器理论分析
  •   2.1 锁模光纤激光器常见器件与锁模原理
  •     2.1.1 锁模光纤激光器常见器件
  •     2.1.2 激光器锁模原理
  •   2.2 超短脉冲在光纤中传输的基本理论
  •     2.2.1 光纤中的色散效应
  •     2.2.2 光纤中的非线性效应
  •   2.3 不同锁模机制光纤激光器
  •     2.3.1 传统孤子
  •     2.3.2 色散管理孤子
  •     2.3.3 自相似孤子
  •     2.3.4 耗散孤子
  •   2.4 本章小结
  • 第3章 大能量耗散孤子锁模掺铒光纤激光器
  •   3.1 光纤设计与模拟
  •   3.2 锁模掺铒光纤激光器仿真模拟
  •   3.3 耗散孤子光纤激光器非线性相移优化
  •   3.4 腔外压缩脉冲宽度
  •   3.5 本章小结
  • 第4章 碲化铋被动锁模光纤激光器
  •   4.1 可饱和吸收体工作原理
  •   4.2 碲化铋纳米薄片制备
  •   4.3 碲化铋可饱和吸收体薄膜制备
  •   4.4 基于碲化铋可饱和吸收体锁模光纤激光器
  •     4.4.1 基于碲化铋可饱和吸收体传统孤子锁模光纤激光器
  •     4.4.2 基于碲化铋可饱和吸收体耗散孤子锁模光纤激光器
  •   4.5 本章总结
  • 第5章 总结与展望
  •   5.1 总结
  •   5.2 展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间所取得的学术成果
  • 致谢
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 陈华龙

    导师: 马晓辉

    关键词: 光纤激光器,耗散孤子,碲化铋,可饱和吸收体

    来源: 长春理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 物理学,无线电电子学

    单位: 长春理工大学

    分类号: TN248

    总页数: 66

    文件大小: 2732K

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