方波脈沖輸出的被動(dòng)鎖模光纖激光器研究.pdf

1、光纖激光器以其結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、增益特性好、轉(zhuǎn)換效率高、閾值低以及穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)而吸引了廣泛且深入的研究，在如光學(xué)頻率梳、光纖傳感、激光加工等科研和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到了大量的應(yīng)用。光纖激光器中的傳統(tǒng)色散孤子通常工作在反常色散區(qū)，利用腔內(nèi)反常色散和非線性效應(yīng)的平衡實(shí)現(xiàn)脈沖的穩(wěn)定。然而受孤子面積理論限制，色散孤子的能量通常限制在0.1nJ左右，更大的脈沖能量將導(dǎo)致光波分裂。近年來(lái)，工作于正常色散區(qū)的耗散孤子脈沖光纖激光器引起了研究者的極大興

2、趣。耗散孤子脈沖的建立依賴于激光器系統(tǒng)的增益和損耗的平衡，因?yàn)槲锢硪?guī)律不同而突破了色散孤子光纖激光器中的能量限制，因此基于耗散孤子脈沖的研究對(duì)于光纖激光器而言具有深遠(yuǎn)的實(shí)際意義和廣闊的應(yīng)用前景。本論文的工作主要圍繞一種新型的耗散孤子光纖激光器——被動(dòng)鎖模方波脈沖光纖激光器展開(kāi)研究。這種新型光纖激光器具有頂部平坦、前后沿陡峭的輸出脈沖，當(dāng)增大泵浦時(shí)單脈沖能量隨泵浦功率線性地增大而輸出脈沖仍保持方形。本文主要研究了這種方波脈沖的形成機(jī)制，脈

3、沖峰值功率、脈沖寬度以及光譜等激光輸出特性與諧振腔參數(shù)之間的關(guān)系。
　　具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.實(shí)驗(yàn)研究了8字腔結(jié)構(gòu)被動(dòng)鎖模光纖激光器中方波脈沖脈寬及峰值功率與腔參數(shù)的關(guān)系，采用雙泵浦的8字腔結(jié)構(gòu)光纖激光器首次獲得了脈寬在5.6～30.4ns，峰值功率從4.5W到8.3W的范圍內(nèi)獨(dú)立連續(xù)可調(diào)的方波脈沖，并使用非線性薛定諤方程從理論上分析了這種方波脈沖的產(chǎn)生機(jī)理，從增益飽和效應(yīng)的角度討論了方波脈沖的脈寬調(diào)諧以及峰值功率調(diào)諧

4、的現(xiàn)象。
　　2.實(shí)驗(yàn)研究了1.5μm波段方波脈沖斬波后的光譜變化，通過(guò)觀察在方波脈沖不同部位斬波后的光譜結(jié)果分析了方波脈沖的啁啾特性，對(duì)已有的方波脈沖斬波實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行了補(bǔ)充。
　　3.研究了1.0μm波段8字腔結(jié)構(gòu)方波脈沖光纖激光器的光譜特性，提出了兩種在1.0μm波段8字腔結(jié)構(gòu)的光纖激光器中獲得寬光譜方波脈沖的方法。其中，引入大色散的方法可得到脈寬在百納秒量級(jí)可調(diào)、3dB譜寬接近1nm的較寬光譜方波脈沖;引入非線性效應(yīng)的

5、方法得到脈寬在十納秒量級(jí)可調(diào)，3dB譜寬約2.4nm，頂部平坦且穩(wěn)定，前后沿陡峭的方波脈沖。
　　4.采用雙光束干涉的方法研究了不同激光器輸出的相干特性。發(fā)現(xiàn)了1.0μm波段窄光譜方波激光器與1.0μm波段較寬光譜方波激光器輸出脈沖在相干特性上的差異，并使用非線性薛定諤方程從理論上分析了這兩種方波脈沖相干性不同的內(nèi)在原因，揭示了1.0μm波段寬光譜方波與窄光譜方波不同的形成過(guò)程。
　　5.針對(duì)被動(dòng)鎖模光纖激光器自啟動(dòng)困難、意

6、外丟失鎖模狀態(tài)后無(wú)法自動(dòng)找回鎖模狀態(tài)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)并搭建了具有激光器狀態(tài)監(jiān)測(cè)、穩(wěn)定鎖模狀態(tài)識(shí)別和自動(dòng)尋找鎖模狀態(tài)功能的被動(dòng)鎖模光纖激光器反饋控制系統(tǒng)。
　　本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn):
　　1.提出了一種新型的雙泵浦結(jié)構(gòu)8字腔光纖激光器，首次獲得了脈沖寬度與峰值功率均可調(diào)諧的方波脈沖。并通過(guò)數(shù)值模擬分析了這種方波脈沖的產(chǎn)生機(jī)理，從增益飽和效應(yīng)的角度解釋了方波脈沖的脈寬調(diào)諧以及峰值功率調(diào)諧的現(xiàn)象。
　　2.實(shí)驗(yàn)研究了方波脈沖光纖激