超短脈沖激光在工業(yè)、軍事和醫(yī)學等領(lǐng)域有非常多的應用,例如激光加工、激光手術(shù)、太赫茲波的產(chǎn)生、光學成像和超連續(xù)譜的產(chǎn)生等。而被動鎖模光纖激光器由于緊湊的結(jié)構(gòu)、低廉的價格、穩(wěn)定的工作狀態(tài)以及能產(chǎn)生高質(zhì)量超短脈沖的特點被廣泛地應用于這些領(lǐng)域。本論文對被動鎖模光纖激光器中的孤子參量調(diào)控進行了研究和分析。通過調(diào)整被動鎖模光纖激光器的結(jié)構(gòu)和參數(shù),實現(xiàn)了對激光器輸出孤子類型、孤子脈沖寬度、孤子中心波長以及孤子間距的調(diào)控,論文的主要內(nèi)容如下:1.在被動鎖模的摻鉺和摻銩光纖激光器中分別實現(xiàn)了1.55μm和2μm波段傳統(tǒng)孤子、展寬脈沖和耗散孤子的輸出,并在同一個光纖激光器中實現(xiàn)了傳統(tǒng)孤子和展寬脈沖的轉(zhuǎn)換輸出。首先,通過搭建負色散、近零色散和正色散的單壁碳納米管鎖模摻鉺和摻銩光纖激光器,分別得到了1.55μm和2μm波段三種不同類型的孤子。其次,設計了一個色散略小于零的光纖激光器,并在腔內(nèi)引入非線性偏振旋轉(zhuǎn)濾波效應,調(diào)節(jié)腔內(nèi)的偏振控制器可以改變?yōu)V波的帶寬進而改變孤子脈沖的展寬因子。當展寬因子足夠大時,激光器輸出展寬脈沖;當展寬因子足夠小時,激光器則輸出傳統(tǒng)孤子。2.通過色散管理實現(xiàn)了對孤子脈沖寬度的調(diào)控,并... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院西安光學精密機械研究所)陜西省

【文章頁數(shù)】：107 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

激光器鎖模時輸出的脈沖

第1章緒論7纖的交接處被最大限度地展寬，而在正色散光纖和負色散光纖的中間部位被最大限度地壓縮[66]。輸出脈沖具有較大的脈沖能量和較寬的光譜寬度，但是脈沖的峰值功率較低，輸出脈沖具有較大的啁啾。這種啁啾可以通過色散光纖或者光柵等在腔外被壓縮從而形成具有超高峰值功率和超短脈寬的脈沖。另外展寬脈沖還具有一個顯著的特點，展寬脈沖的光譜非常干凈光滑，沒有傳統(tǒng)孤子的邊帶，這是由于周期性的色散變化會導致孤子輻射的色散波無法滿足相位匹配的條件，不能發(fā)生干涉形成孤子邊帶。圖1.2展寬脈沖在光纖激光器內(nèi)的演化示意圖[66]。Figure1.2Theschematicdiagramofevolutionofstretchedpulseinafiberlaser[66].1.2.3.3自相似脈沖2004年，Wise等人得到了在正色散光纖中傳輸?shù)淖韵嗨泼}沖[67]。自相似脈沖是一種啁啾的拋物型脈沖，單脈沖能量可到達10nJ。自相似脈沖是腔內(nèi)光纖的負色散、非線性與摻雜光纖的光譜濾波效應、非線性增益、正色散達到平衡后產(chǎn)生的。自相似脈沖也被稱為自相似子（Similaritons），脈沖在腔內(nèi)傳輸時一直在展寬避免了脈沖發(fā)生分裂[68]-[71]。光纖激光器在腔內(nèi)色散略大于零時會輸出自相似脈沖，由于激光器工作在正色散區(qū)域，脈沖在諧振腔內(nèi)運轉(zhuǎn)時會積累一些線性相移，因此脈沖在傳輸過程中光譜寬度會增加，并且能夠承受更高的脈沖能量而不發(fā)生分裂。由于自相似脈沖

被動鎖模光纖激光器中的孤子參量調(diào)控研究8在光纖中傳播時是一直展寬的，不符合孤子脈沖的概念，因此在激光器中還需要一種機制使它重回到孤子狀態(tài)。這種過渡機制一般是由光譜濾波器來完成，不僅在光譜上還在時域上縮短了脈沖，這是由于高啁啾脈沖的前后沿也對應于光譜上的前后沿，因此在濾除光譜的時候也將脈沖寬度降低。1.2.3.4耗散孤子20世紀90年代，研究人員發(fā)現(xiàn)孤子不僅可以存在于守恒的哈密頓系統(tǒng)（Hamiltoniansustem），也廣泛地存在于非保守系統(tǒng)中—包含非線性增益和損耗的非線性光學系統(tǒng)，新的孤子概念“耗散孤子”被提出[72]-[74]。耗散孤子可由腔內(nèi)凈色散為正的激光器輸出，它不僅需要腔內(nèi)非線性效應和色散效應達到平衡，還需要腔內(nèi)的增益和損耗之間達到平衡，其中增益和損耗之間的平衡占據(jù)主導作用，如圖1.3所示[75]。在保守系統(tǒng)中，孤子的傳輸方程在給予一套參數(shù)后有無數(shù)的孤子解，而耗散系統(tǒng)中的傳輸方程只有一個局部解，因此耗散孤子的能量、光譜以及啁啾是直接由傳輸方程的參數(shù)決定的，而與激光器最初的狀態(tài)無關(guān)[75]。與傳統(tǒng)孤子相比，耗散孤子有極高的穩(wěn)定性，并且耗散孤子還可以承載更高的脈沖能量而不發(fā)生分裂。耗散孤子的光譜寬度也遠遠比傳統(tǒng)孤子的大，因此能產(chǎn)生脈寬更短和峰值功率更高的脈沖。圖1.3耗散孤子的概念[75]。Figure1.3Theconceptofdissipativesolitons[75].耗散系統(tǒng)中孤子存在的可能性首先由Bélanger等人提出[76]。Akhmediev等人理論模擬了光纖激光器中耗散孤子的形成[77]-[79]。Wise等人首次在實驗上實現(xiàn)了1μm耗散孤子的輸出[80]。此后，不同波段的耗散孤子也被研究人員不斷提出[81]-[83]。與傳統(tǒng)孤子相比，耗散孤子的光譜沒有典型的邊帶，它的光譜邊緣非常

【參考文獻】：
期刊論文
[1]利用光纖激光器光譜邊帶效應測量光纖色散[J]. 葉輝,徐文成,羅智超,宋創(chuàng)興,陳偉成,馮杰,劉頌豪.  光學學報. 2008(07)
[2]2μm光纖激光器的研究進展[J]. 周俊,董淑福,周義建,陳婉,陳國夫.  激光雜志. 2008(03)
[3]孤子光脈沖的產(chǎn)生及其應用研究[J]. 張書敏,溫虹,呂福云,左曉雪.  物理學報. 2007(04)
[4]2μm銩（Tm）激光器在生物醫(yī)學中的應用[J]. 楊昆,任秋實,魏石剛,李萬榮.  激光與光電子學進展. 2005(09)
[5]摻鉺光纖激光器輸出特性的研究[J]. 徐華斌,陳林.  光子學報. 2004(07)
[6]Tm3+離子摻雜氟鋁酸鹽玻璃紅外及上轉(zhuǎn)換光譜性質(zhì)[J]. 張龍,祁長鴻,林鳳英,胡和方.  光學學報. 2002(02)

博士論文
[1]耗散孤子光纖激光器的研究[D]. 王擂然.中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所) 2012

碩士論文
[1]通用雷達接收機建模與實現(xiàn)技術(shù)[D]. 秦敏.西安電子科技大學 2005



本文編號：3597710