【摘 要】
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作为下一代超短脉冲激光光源,光纤激光器因其结构紧凑、转换效率高以及维护成本低等优点而广泛应用于光通信、远程传感、生物医学成像等领域。同时,飞速发展的光纤制备技术使得光纤损耗不断降低,各类掺杂技术进一步拓宽了光纤增益的带宽,从而促进了光纤激光器的发展和应用。其中工作在2μm波段的掺铥光纤激光器因其在科研、工业以及军事上的重要应用而得到了广泛的关注,例如:中红外频率的产生、高精度频率计量、激光加工以及
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作为下一代超短脉冲激光光源,光纤激光器因其结构紧凑、转换效率高以及维护成本低等优点而广泛应用于光通信、远程传感、生物医学成像等领域。同时,飞速发展的光纤制备技术使得光纤损耗不断降低,各类掺杂技术进一步拓宽了光纤增益的带宽,从而促进了光纤激光器的发展和应用。其中工作在2μm波段的掺铥光纤激光器因其在科研、工业以及军事上的重要应用而得到了广泛的关注,例如:中红外频率的产生、高精度频率计量、激光加工以及作为超连续谱产生的泵浦源等。近年来,2μm波段超快脉冲掺铥光纤激光器的研究获得了令人瞩目的进展,其中高重复频率以及高能量脉冲光纤激光器等高性能光纤激光器是目前研究的热点。本论文基于不同特种光纤的设计,通过数值模拟分别对两类特种光源,即高重复频率光纤激光器以及高能量孤子光纤激光器进行研究,对激光器谐振腔的参数进行优化,分别实现了高重复频率以及高能量的锁模脉冲输出,主要研究如下:(1)研究基于高掺锗光纤的高重复频率光纤激光器。首先,对纤芯高掺锗的保偏光纤进行了结构设计,通过优化光纤的参数实现了1.55μm以及2μm跨波段群速度匹配。将所设计的特种光纤用于构造非线性光纤环形镜,作为主动锁模器件对腔内实现强度调制,以1.55μm泵浦光与2μm信号光在所设计光纤中的交叉相位调制为基础,建立掺铥光纤激光器在跨波段全光注入调制下的理论模型,采用非线性薛定谔方程描述光脉冲在不同光器件中的传输过程。通过优化激光器谐振腔内的各项参数,实现了重复频率可达40 GHz的锁模脉冲输出,通过调节泵浦实现了输出重频、脉宽的灵活可调。(2)研究基于碲酸盐光子晶体光纤的高重复频率孤子光纤激光器。为了进一步提高光纤的非线性,减小交叉相位调制所需要的光纤长度,本文提出了一种碲酸盐光子晶体光纤结构,该结构既满足1.55μm以及2μm波段群速度匹配又具有更高的非线性系数,为了实现更高效的全光调制,以所设计的光子晶体光纤为基础构建主动锁模光纤激光器,通过数值仿真实现输出脉宽及重复频率的灵活可调性,同时通过优化脉冲的时间带宽积,在2μm波段实现了重复频率高达40 GHz的近变换极限光孤子的输出。(3)研究高能量孤子光纤激光器。首先分析了基于不同整形机制的脉冲锁模机理,然后以所设计的高掺锗光纤为基础提出一种净色散为正的被动锁模光纤激光器,其主要部分包括:高掺锗光纤、可饱和吸收体、光隔离器、输出耦合器、单模光纤、掺铥光纤及高斯滤波器。通过调节腔内的增益与损耗,产生两种不同形态的光孤子-耗散孤子与耗散孤子共振,从而实现腔内的脉冲整形,输出高能量的脉冲。
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