【摘要】：光纖激光器由于其光束質(zhì)量好、散熱優(yōu)良、無需準(zhǔn)直、結(jié)構(gòu)緊湊和光-光轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用到機(jī)械精密加工、國防武器、光纖傳感、醫(yī)療和激光雷達(dá)等方面。大能量超短脈沖在實(shí)際應(yīng)用中更具價(jià)值,目前實(shí)現(xiàn)超短脈沖激光主要的方法是被動(dòng)鎖模。在鎖模光纖激光器中,耗散孤子相比其他孤子鎖模,能夠克服傳統(tǒng)孤子脈沖的能量限制,具有高的輸出能量,引起研究者的興趣與關(guān)注。本文主要圍繞著減小耗散孤子非線性相移累積,利用碲化鉍可飽和吸收體實(shí)現(xiàn)耗散孤子鎖模脈沖展開研究,主要研究內(nèi)容包括:1.研究了激光器鎖模建立過程,詳細(xì)分析了色散和非線性效應(yīng)對光脈沖時(shí)域和頻域上的影響。介紹四種基于不同物理機(jī)制產(chǎn)生的傳統(tǒng)孤子、色散管理孤子、自相似孤子和耗散孤子的特點(diǎn),經(jīng)過理論分析確定了耗散孤子的優(yōu)化方案。2.針對環(huán)形腔內(nèi)光纖非線性和色散效應(yīng)對耗散孤子的影響進(jìn)行分析,探索減小耗散孤子非線性相移,提高脈沖能量與峰值功率的新方法。首先,建立鎖模光纖激光器模型,利用軟件Rp fiber power,對耗散孤子摻鉺光纖激光器系統(tǒng)進(jìn)行模擬。其次,利用B積分分析腔內(nèi)總的非線性相移,利用一種新方法:在不加入其他器件的基礎(chǔ)上對腔內(nèi)無源光纖進(jìn)行分布優(yōu)化,減小腔內(nèi)總的非線性相移,增大脈沖輸出能量。最后,在腔外加入大模場負(fù)色散光纖,平衡輸出脈沖的線性啁啾,壓窄脈沖寬度,增大光纖激光器輸出的峰值功率;3.針對可飽和吸收體光學(xué)特性對鎖模的影響進(jìn)行分析,最終選擇碲化鉍作為耗散孤子鎖模的可飽和吸收體。利用水熱合成的方法合成高質(zhì)量碲化鉍納米薄片,并且制作了“三明治”結(jié)構(gòu)可飽和吸收體薄膜,并研究了碲化鉍的線性吸收和非線性可飽和吸收特性。搭建基于碲化鉍可飽和吸收體光纖激光器,實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)孤子鎖模和耗散孤子鎖模等豐富的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在406 mW泵浦功率,實(shí)現(xiàn)了重復(fù)頻率15 MHz,脈沖寬度180 ps,光譜寬度4.6 nm耗散孤子鎖模脈沖輸出。在泵浦功率593 mW下,輸出平均功率12.7 mW。
【圖文】：

利用腔內(nèi)無源器件的非線性吸收特性實(shí)現(xiàn)超短脈沖輸出，因而被結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于實(shí)現(xiàn)全光纖結(jié)構(gòu)。被動(dòng)鎖模光纖激光器有基于可飽和吸收體(saturable absorber, SA)超短脈沖光纖激光器引起興趣。脈沖在很多方面均有應(yīng)用：工業(yè)應(yīng)用方面，超短脈沖可以用于精密機(jī)械加工，由于脈沖的寬度區(qū)域周圍材料產(chǎn)生熱影響，飛秒激光加工也被稱為“冷加工”，可以精細(xì)機(jī)械加工。目前光纖激光器、固體激光器、半導(dǎo)體激光器(simCO2激光器均被應(yīng)用于工業(yè)加工，但光纖激光器憑借其優(yōu)良的性能占有率已經(jīng)超過半壁江山。有權(quán)威統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2010 年時(shí)，光纖球工業(yè)激光器銷售額的十分之一，但是光纖激光器經(jīng)過了五年的器就已占到全球市場份額的一半，激光市場份額的變化顯示光纖激下圖 1.1 顯示不同脈寬激光打孔，材料表面形貌對比圖，左圖使用.3ns，右圖使用的激光脈沖寬度 200fs。通過比較，可以明顯看到飛面非常干凈和光滑，，顯示超短脈沖激光在精密機(jī)械加工具有絕無僅

入射到很小的作用區(qū)域，從根本上改變了激光與物生了多個(gè)學(xué)科，成為非線性光學(xué)、強(qiáng)場光學(xué)和凝聚工具。方面，光纖的表面積與體積比值高，因而具有良好抗外部環(huán)境干擾能力強(qiáng)。與傳統(tǒng)激光器相比，光纖灰塵、濕度、系統(tǒng)內(nèi)部機(jī)械震蕩和沖擊等因素的影外界電磁波不發(fā)生串?dāng)_，可以在相對惡劣的環(huán)境中軍事領(lǐng)域。
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN248

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 周曉康;宋有建;廖若宇;劉博文;胡明列;柴路;王清月;;改進(jìn)的非線性放大環(huán)形鏡鎖模激光器研究[J];中國激光;2015年12期

2 繆萍;曾濤;盛積業(yè);陳春楨;劉奇;;光纖波導(dǎo)色散的比例性質(zhì)研究[J];光學(xué)技術(shù);2006年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李輝輝;被動(dòng)鎖模光纖激光器中非線性脈沖動(dòng)力學(xué)的研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 林榮勇;碲化鉍作為可飽和吸收體的被動(dòng)鎖模光纖激光器研究[D];深圳大學(xué);2015年

2 池涵;高能量耗散孤子鎖模光纖激光器性能提升的研究[D];天津大學(xué);2014年

本文編號：2592298