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《北京工业大学》 2017年
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基于调制半导体技术的高功率脉冲光纤激光器及中红外源

师红星  
【摘要】:高功率光纤激光器具有良好的散热性能、高的光光转化效率、优秀的光束质量和紧凑的结构等优点,受到国际各研究单位的广泛关注。其中人眼安全的2μm掺铥光纤激光器在激光手术、空间光通信、激光雷达、光电对抗等领域具有重要的应用前景,这是因为其输出波长落在大气传输窗口中、且和大气中的水分子吸收峰重合,同时高能量2μm脉冲激光器也是利用非线性晶体产生中红外2-12μm激光的理想泵源。这大大地激发了人们对高功率脉冲掺铥光纤激光器的研究兴趣。本论文主要研究内容为基于调制半导体技术的高功率纳秒和皮秒脉冲掺铥光纤激光器及其在产生中红外超连续光谱方面的应用。在本论文的第一部分工作中,研究了采用基于直接调制半导体技术的掺铥光纤脉冲激光器,实现了最大平均功率100 W、峰值功率83 kW的纳秒脉冲输出(见第二章)。在对普通波形的脉冲进行功率放大的时候,由于增益饱和会导致其脉宽变窄,从而使得激光器在较低的平均输出功率水平下,就会因为非线性效应而破坏其输出的稳定性;本工作利用由于直接调制半导体技术可以产生任意形状脉冲的特点,通过脉冲整形调整脉冲前、后沿的能量分布从而缓解低平均功率下的增益饱和现象,最终实现了平均功率240 W的稳定纳秒脉冲输出(见第二章)。利用上面的纳秒掺铥光纤脉冲激光器,对光纤零色散波长在~2μm的、透中红外软玻璃(碲酸盐玻璃和氟化物玻璃)非线性光纤进行泵浦,分别实现了平均功率为5.1 W和22 W的2-4微米宽带、高效中红外超连续激光输出(见第三章)。相比于利用直接调制的半导体技术产生纳秒激光脉冲,增益开关半导体技术可以实现更窄的脉宽,因此该技术有利于实现更高峰值功率的脉冲输出。在本论文的第二部分工作中,研究了采用基于增益开关半导体技术的掺铥光纤脉冲激光器,实现了最大平均功率81.5 W、峰值功率38.9 kW的皮秒脉冲输出(见第四章)。在使用半导体调制技术之外,论文的第三部分工作研究了具有飞秒脉宽的孤子向长波方向的自平移现象(见第五章)。实验中,首先利用锁模的掺铥光纤脉冲激光器产生超快孤子,并研究了其在石英光纤、碲酸盐光纤、氟化物光纤中传播时的演化过程。在石英光纤中,获得了2-2.25μm的可调谐拉曼孤子,最窄脉冲宽度达到了166 fs,峰值功率达到了140 kW;在碲酸盐光纤中获得了2.4μm的可调谐拉曼孤子;在ZBLAN光纤中获得了2.7μm中红外拉曼孤子。
【学位授予单位】:北京工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN248

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