本文關(guān)鍵詞：可調(diào)被動(dòng)鎖模光纖激光器關(guān)鍵技術(shù)研究　出處：《重慶大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著特種光纖的出現(xiàn)和雙包層高增益光纖技術(shù)的成熟,被動(dòng)鎖模光纖激光器以無(wú)需準(zhǔn)直、散熱好、體積緊湊等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)在飛秒光源、光纖通信與傳感、生化成像、激光陀螺、光學(xué)微波、超連續(xù)譜等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。利用各類(lèi)非線性納米材料,如碳納米管、石墨烯、拓?fù)浣^緣體等,周期性地調(diào)制光纖諧振腔的透射率,各階縱模的相位被鎖定,最終輸出穩(wěn)定的激光脈沖。但是現(xiàn)有的可飽和吸收體受熱累積效應(yīng)限制,損傷閾值低,而通過(guò)強(qiáng)倏逝場(chǎng)與材料相互作用又增大了可飽和吸收體的有效非線性系數(shù),導(dǎo)致腔內(nèi)激光出現(xiàn)諧波鎖模,最終無(wú)法實(shí)現(xiàn)高功率、高能量的鎖模激光穩(wěn)定輸出。此外,現(xiàn)階段被動(dòng)鎖模光纖激光器主要利用機(jī)械等方式調(diào)諧基礎(chǔ)參數(shù),如脈寬、波長(zhǎng)等,調(diào)諧參數(shù)較少,調(diào)諧方式單一。作為多縱模起振的相干光源,被動(dòng)鎖模光纖激光器在全光信號(hào)處理、特殊量子光源等有重要應(yīng)用需求,但是目前對(duì)其模式鎖定特性、偏振特性和相干性調(diào)控的研究仍然較少。本文針對(duì)現(xiàn)有可調(diào)被動(dòng)鎖模光纖激光器中存在的問(wèn)題,以實(shí)現(xiàn)高功率、高能量和參數(shù)可調(diào)的超快光纖激光為目標(biāo)展開(kāi)研究,制作了基于拉錐光纖和光子晶體光纖可飽和吸收體。在此基礎(chǔ)之上,提出了三種穩(wěn)定高功率超快光纖激光器系統(tǒng),提出了兩種偏振態(tài)和波長(zhǎng)間距可以通過(guò)泵浦調(diào)節(jié)的鎖模激光器系統(tǒng),提出并分析了一種部分鎖模光纖激光器系統(tǒng),并提出利用石墨烯的類(lèi)似電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行全光調(diào)控。論文的核心內(nèi)容包括:(1)分析了現(xiàn)有被動(dòng)鎖模光纖激光器存在的主要問(wèn)題:激光輸出平均功率低和可調(diào)諧參數(shù)較少且調(diào)諧方式單一,提出了兩種可飽和吸收體的制作方法。利用光壓效應(yīng)將石墨烯納米顆粒吸附在拉錐光纖表面制作出具有高非線性的可飽和吸收體。通過(guò)將石墨烯溶液填充光子晶體光纖包層孔,制作出高穩(wěn)定、高損傷閾值的可飽和吸收體。搭建平衡雙探測(cè)器系統(tǒng)測(cè)量這兩類(lèi)可飽和吸收體的非線性響應(yīng)。(2)提出三種基于光子晶體光纖可飽和吸收體的超快光纖激光器系統(tǒng)。在反常色散光纖激光器中實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)孤子激光鎖模,得到了脈寬為908 fs的超快激光,并通過(guò)諧波鎖模降低峰值功率將脈寬壓縮為851 fs。在正常色散光纖激光腔中得到了平均功率為75 mW的耗散孤子激光輸出,并利用單模光纖的反常色散將7.564 ps的脈沖壓縮為245 fs。利用高效率鉺鐿共摻雙包層光纖,結(jié)合可飽和吸收體的高損傷閾值,得到了平均功率為1.14 W的超快光纖激光。(3)利用基于拉錐光纖可飽和吸收體的強(qiáng)非線性值,提出了兩種輸出特征參數(shù)可通過(guò)泵浦調(diào)節(jié)的高相干鎖模光纖激光器系統(tǒng)。在反常色散被動(dòng)鎖模激光系統(tǒng)中,得到矢量耦合的雙波長(zhǎng)矩形鎖模激光。對(duì)輸出激光進(jìn)行偏振特性分析,證明該激光在兩個(gè)正交偏振軸上以一定的周期進(jìn)行快速地時(shí)序轉(zhuǎn)換,且其轉(zhuǎn)換特性隨泵浦具有非線性的關(guān)系。利用色散管理技術(shù)并降低可飽和吸收體的非線性強(qiáng)度,觀察到了調(diào)q鎖模激光的束縛態(tài)。該束縛態(tài)對(duì)泵浦功率的變化極為敏感,在泵浦功率變化10mw時(shí)該激光的波長(zhǎng)間隔從0變?yōu)?.15nm。(4)提出一種部分鎖模光纖激光器系統(tǒng),分別分析了偏振調(diào)諧和泵浦調(diào)諧過(guò)程中激光的演化過(guò)程。首先,理論分析具有周期性色散的光纖環(huán)形腔內(nèi)參量不穩(wěn)定特性。其次,搭建部分鎖模光纖激光器,通過(guò)色散傅立葉變換技術(shù)測(cè)量了激光器連續(xù)周期的單幀光譜,并結(jié)合平均光譜、時(shí)序脈沖等提出了部分鎖模光纖激光的演化過(guò)程。最后,綜合自相關(guān)分析、濾波分析和偏振態(tài)演變分析,表明部分鎖模激光存在從高相干到低相干的演變過(guò)程,為分析非孤子激光動(dòng)力學(xué)提供新思路。(5)利用全光調(diào)制石墨烯的相干布居震蕩來(lái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)部分鎖模光纖激器的調(diào)控。首先,提出石墨烯中存在類(lèi)似電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng),理論分析了在外加激光之間發(fā)生混頻時(shí),石墨烯的色散和損耗特性。其次,在參量不穩(wěn)定增益邊帶下,通過(guò)調(diào)諧外加激光的偏振、波長(zhǎng)、功率等信息驗(yàn)證了石墨烯具有類(lèi)似電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng)。最后,利用外加直流激光對(duì)部分鎖模光纖激光器進(jìn)行全光調(diào)控,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明發(fā)生明顯鎖模抑制效果需要更高的功率,但是其對(duì)外加直流激光的偏振態(tài)具有更高的容忍度。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為:(1)提出并搭建三種基于光子晶體光纖可飽和吸收體的鎖模光纖激光器系統(tǒng)。利用光子晶體光纖的超弱倏逝場(chǎng)提高可飽和吸收體的損傷閾值,并分別通過(guò)耗散孤子鎖模和雙包層高功率泵浦技術(shù)實(shí)現(xiàn)高平均功率、高能量的超快激光。(2)提出并搭建一種基于拉錐光纖可飽和吸收體的雙波長(zhǎng)矩形鎖模激光器。利用該元件的可飽和吸收效應(yīng)和強(qiáng)非線性值,得到了偏振特性可以通過(guò)泵浦調(diào)節(jié)的矩形激光脈沖。(3)提出調(diào)q鎖模激光束縛態(tài)的概念,并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該狀態(tài)的存在。該束縛態(tài)下激光光譜為多波長(zhǎng)輸出,其波長(zhǎng)間隔對(duì)泵浦功率的變化極為敏感,在泵浦功率變化10mw時(shí)該激光的波長(zhǎng)間隔從0變?yōu)?.15nm。(4)提出利用參量不穩(wěn)定增益邊帶中級(jí)聯(lián)的矢量四波混頻過(guò)程產(chǎn)生強(qiáng)度、波長(zhǎng)和偏振都隨機(jī)化的低相干部分鎖模激光,并觀察到了在偏振調(diào)諧和泵浦調(diào)諧時(shí)部分鎖模光纖激光的演化過(guò)程。通過(guò)對(duì)激光器單幀光譜進(jìn)行自相關(guān)分析,并綜合濾波分析和偏振態(tài)演變分析,表明部分鎖模激光存在從高相干到低相干的演變過(guò)程,為分析非孤子激光動(dòng)力學(xué)提供新思路。(5)提出石墨烯中存在類(lèi)似電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng),即相干布居震蕩現(xiàn)象,搭建了外光注入環(huán)形光纖激光腔系統(tǒng),在參量不穩(wěn)定增益邊帶下,通過(guò)調(diào)諧外加激光的偏振、波長(zhǎng)、功率等信息驗(yàn)證了石墨烯具有類(lèi)似電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng),利用外加激光調(diào)制石墨烯的相干布居震蕩來(lái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)部分鎖模光纖激器的全光調(diào)控。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN248

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本文編號(hào)：1311671