浅论孤子全正色散锁模光纤激光器性能学士

论文导读：.4全正色散锁模激光器19-211.4本论文的选题作用以及主要探讨内容21-24第二章耗散孤子探讨的论述基础24-422.1引言242.2锁模光纤激光器的数值仿真24-372.2.1激光器锁模机理25-272.2.2超短脉冲在普通光纤中的传输模型27-282.2.3超短脉冲在增益光纤中的传输模型28-302.2.4锁模器件的工作机理与仿真模型30-362.2.5耦合
摘要：能够输出高能量脉冲的锁模光纤激光器一直是非线性光学以及超快光学领域的前沿热门探讨课题。相比于固体激光器而言,传统的孤子锁模光纤激光器的输出能量偏低,这是由于腔内过度非线性相移导致的波分裂现象限制了脉冲能量的提升造成的。利用全正色散的锁模光纤激光器可以有效避开波分裂现象的出现,将脉冲能量提升一到二个数量级。本论文主要围绕如何提升全正色散锁模光纤激光器的脉冲能量与性能这个中心,结合实验室现有条件做了如下工作：1.以实验和论述两方面对利用等效快可饱和吸收体锁模的全正色散光纤激光器进行了探讨。实验上搭建了基于非线性偏振旋转锁模的被动锁模激光器,获得了重复频率为18.58MHz,脉冲能量1.88nJ,光谱3dB宽度27.1nm的耗散孤子输出。同时,在论述上浅析了限制全正色散锁模光纤激光器能量提升的理由：腔内过高的非线性减弱了激光器稳定运行时的非线性滤波平衡,进而导致增益光纤产生的自发辐射噪声无法被有效抑制,最终使得输出脉冲变为类噪声形态。2.提出了两种抑制腔内噪声保持激光器稳定运行的策略：在腔内增加带通滤波器,或者利用具有时间响应特性的慢可饱和吸收体作为锁模器件。这两种策略都可以使激光器在泵浦功率较大时保持输出脉冲的稳定性,而不至于进入脉冲崩塌状态。我们首次以论述上证明了通带宽度大于脉冲光谱宽度的带通滤波器可以在对脉冲不产生影响的同时有效抑制腔内噪声,以而增强激光器的稳定性。具有一定响应时间的慢可饱和吸收体作为锁模器件时同样可以增强脉冲的抗噪声能力,但过长或者过短的响应时间也会导致脉冲不稳定现象的出现。3.首次提出利用主动锁模方式产生耗散孤子脉冲的策略。我们利用数值仿真的方式证明了利用主动锁模能够在全正色散腔内产生稳定的耗散孤子脉冲,并且浅析了调整调制曲线时输出脉冲的变化规律。4.首次搭建了基于主动锁模方式的全正色散锁模光纤激光器,获得了重复频率为29.6MHz的输出脉冲。脉冲具有陡峭的光谱边沿与平滑的时域形状,具有典型的耗散孤子特点。脉冲光谱的3dB宽度为14nm,脉冲时域宽度约为75ps。利用162mW的泵浦功率获得了约7.2mW的输出功率,腔内单脉冲能量达2.43nJ。同时通过转变调制频率在全正色散激光器中实现了可调波长输出,中心波长移动范围超过10nm。关键词：耗散孤子论文锁模光纤激光器论文全正色散论文非线性滤波平衡论文
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Abstract7-11
第一章 绪论11-24

1.1 引言11

1.2 高能量超短脉冲光纤激光器的探讨目的与作用11-13

1.3 锁模光纤激光器的探讨进展13-21

1.3.1 孤子光纤激光器14-15

1.3.2 展宽脉冲光纤激光器15-16

1.3.3 自相似脉冲激光器16-19

1.3.4 全正色散锁模激光器19-21

1.4 本论文的选题作用以及主要探讨内容21-24

第二章 耗散孤子探讨的论述基础24-42

2.1 引言24

2.2 锁模光纤激光器的数值仿真24-37

2.1 激光器锁模机理25-27

2.2 超短脉冲在普通光纤中的传输模型27-28

2.3 超短脉冲在增益光纤中的传输模型28-30

2.4 锁模器件的工作机理与仿真模型30-36

2.5 耦合器的数学模型36

2.6 激光器的数值仿真36-37

2.3 以自相似脉冲为代表的耗散孤子的产生37-41

2.3.1 传输距离z趋于无穷时固定增益的非线性薛定谔方程的剖析解37-38

2.3.2 传输距离z为有限值时固定增益的非线性薛定谔方程的剖析解38-40

2.3.3 自相似脉冲的数值求解40-41

2.4 小结41-42

第三章 利用快可饱和吸收体锁模产生的耗散孤子及其稳定性探讨42-64

3.1 引言42

3.2 非线性偏振旋转效应锁模产生耗散孤子实验42-46

3.3 快饱和吸收体锁模方式所产生耗散孤子的性能浅析46-56

3.1 快饱和吸收体锁模产生耗散孤子的仿真46-48

3.2 腔内各参数对耗散孤子特性产生的影响48-56

3.3.

2.1 腔内净色散对脉冲演化的影响48-50

3.3.

2.2 腔内非线性效应对输出脉冲特性的影响50-51论文导读：

3.3.

2.3 掺杂光纤增益带宽对耗散孤子产生的影响51-54

3.3.

2.4 小信号增益系数对耗散孤子特性所产生的影响54-55

3.3.

2.5 腔内参数对耗散孤子特性参数影响的综合浅析55-56

3.4 关于耗散孤子不稳定状态的浅析56-63

3.4.1 不稳定状态产生理由浅析57-61

3.4.2 非线性滤波平衡61-63

3.5 小结63-64

第四章 增强全正色散光纤激光器腔内脉冲稳定性的探讨64-83

4.1 引言64-65

4.2 利用带通滤波器增强腔内非线性滤波平衡的探讨65-67

4.3 利用慢可饱和吸收体增强腔内非线性滤波平衡的探讨67-81

4.

3.1 慢可饱和吸收体锁模对耗散孤子特点参数产生的影响67-71

4.

3.2 慢饱和吸收体锁模中耗散孤子的状态浅析71-79

4.3.

2.1 在慢饱和吸收体锁模时的脉冲崩塌现象71-73

4.3.

2.2 恢复时间过长时的耗散孤子状态73-78

4.3.

2.3 锁模速度的比较78-79

4.3.3 快慢饱和吸收体的比较与结合79-81

4.4 利用带通滤波器与慢可饱和吸收体增强激光器稳定性的比较81-82

4.5 小结82-83

第五章 利用主动锁模技术产生耗散孤子的论述与实验探讨83-115

5.1 引言83-84

5.2 主动锁模调制参数对耗散孤子特性的影响84-97

5.

2.1 对主动调制进行耗散孤子产生的仿真84-87

5.

2.2 调制曲线产生的影响87-90

5.

2.3 调制深度产生的影响90-94

5.

2.4 调制宽度产生的影响94-96

5.

2.5 比较与浅析96-97

5.3 脉冲崩塌状态的出现与理由浅析97-103

5.4 利用主动锁模产生耗散孤子的实验与浅析103-113

5.

4.1 主动调制激光器的搭建与调制103-106

5.

4.2 通过主动调制制约腔内脉冲的数量106-108

5.

4.3 不同调制曲线108-109

5.

4.4 转变驱动频率造成的结果109-112

5.

4.5 比较与浅析112-113

5.5 小结113-115
第六章 总结与展望115-118
参考文献118-128
致谢128-129
作者攻读学位期间发表的学术论文目录129