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《天津大学》 2010年
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多芯光子晶体光纤飞秒激光系统及其在频率变换中的应用

方晓惠  
【摘要】:光纤激光器以其结构紧凑、抗干扰性好、光束质量高等优势成为近几年来超快激光技术的研究热点。但是传统光纤纤芯模场面积较小,光纤激光器的功率提升受到非线性的严重限制。本论文以提升光纤激光器和放大器的性能为宗旨,围绕多芯光子晶体光纤展开了系统研究。数值模拟了多芯光子晶体光纤的结构和模式特性,实验建立了基于多芯光子晶体光纤的锁模激光器和放大器,并开展了高功率飞秒激光器在频率变换中的应用研究。论文主要工作如下: 1、首次提出并设计了一种混合型多芯光子晶体光纤,实现了同相位超模模式整形并且远场保持高斯分布。同时,此光纤的同相位超模在任何功率水平下都具有最高的增益系数,为克服现有多芯光子晶体光纤同相位超模选取困难提供了一个新的技术途径。 2、基于掺镱18芯大模场面积光子晶体光纤,建立了全正色散锁模的光纤激光器,首次实现了多芯光子晶体光纤激光器的锁模运转。获得了3.3W的高平均功率锁模脉冲输出,噪声的抑制比达到70 dB;通过在腔内引入多通镜,将单脉冲能量提升至180nJ,脉冲宽度经腔外光栅对压缩为690fs。 3、利用掺镱保偏大模场面积光子晶体光纤和7芯光子晶体光纤,建立了飞秒激光二级放大系统,首次实现了飞秒激光在多芯光子晶体光纤中的放大传输。获得了平均功率24 W,重复频率1MHz,经光栅对压缩后脉冲宽度110 fs,脉冲峰值功率150 MW的脉冲输出,该峰值功率为基于非线性放大原理的光纤放大器最高值。基于18芯光子晶体光纤,获得了平均功率50 W,重复频率50 MHz,经光栅对压缩后脉冲宽度为80fs的脉冲输出。并建立数值模型分析了多芯光纤实现相位自锁定的机理。 4、基于掺镱大模场面积光子晶体光纤飞秒激光放大器,并将传统单模光纤与高非线性光子晶体光纤低损耗熔接,大大提高了超连续光谱的功率。产生了6.2 W的超连续光谱,这是当时基于飞秒激光产生的最高超连续光谱功率。 5、提出并实现利用光学晶体和光子晶体光纤作为非线性介质,对高功率飞秒激光脉冲进行可调谐频率变换的一种新技术。在短波方面,利用BBO晶体对高功率超连续光谱倍频,得到了510~660nm的宽带可调谐输出;在长波方面,利用全固带隙型光子晶体光纤,基于孤子自频移原理,得到了调谐范围宽达1160~1260nm的飞秒孤子源,其中中心波长1260nm处的孤子,平均功率高达320mW,对应脉冲能量为6.4 nJ,脉冲宽度为84 fs。这两种调谐方法具有操作简单、调谐范围宽的独特优势。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN248

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 赵兴涛;掺镱、亚波长空芯及新型高非线性光子晶体光纤的研究[D];北京交通大学;2015年
2 谌鸿伟;基于光子晶体光纤的高功率全光纤超连续谱光源[D];国防科学技术大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 翟凯丽;基于光纤激光系统的波长转换研究[D];天津理工大学;2017年
2 周雨竹;多芯光子晶体光纤输出超连续光束的合束研究[D];天津大学;2016年
3 杨静;七芯光子晶体光纤的特性研究[D];重庆大学;2015年
4 周钊贤;光子晶体光纤输出超连续光模式的研究[D];天津大学;2014年
5 刘梦;七芯光子晶体光纤结构设计与超模分析[D];燕山大学;2013年
6 崔元玲;飞秒激光在多芯光子晶体光纤中产生超连续谱的研究[D];天津大学;2014年
7 汪月容;高重复频率飞秒激光在熔融石英中制备光波导的实验研究[D];天津大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
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3 宋有建;胡明列;刘博文;柴路;王清月;;高能量掺Yb偏振型大模场面积光子晶体光纤孤子锁模飞秒激光器[J];物理学报;2008年10期
4 刘博文;胡明列;宋有建;柴路;王清月;;39 fs,16W全光子晶体光纤飞秒激光系统[J];中国激光;2008年06期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 宋有建;掺镱大模场面积光子晶体光纤锁模激光器的特性研究[D];天津大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王伟;梁志强;陈建中;;基于高重复频率飞秒激光直写技术制作衍射光栅的研究[J];光学技术;2016年04期
2 杨静;刘敏;朱敏;范宇;;零模间色散三芯光子晶体光纤[J];激光技术;2015年04期
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4 王兆坤;杜松涛;王子薇;何晶;周军;;基于啁啾光纤光栅的被动锁模掺Yb~(3+)激光器[J];中国激光;2014年08期
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6 石俊凯;柴路;赵晓薇;李江;刘博文;胡明列;栗岩锋;王清月;;全光子晶体光纤单级直接放大产生34W高功率飞秒脉冲[J];中国激光;2014年02期
7 黄莉莉;方晓惠;崔元玲;胡明列;王清月;;多芯光子晶体光纤优化掺杂分布实现同相位超模输出[J];物理学报;2014年01期
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 秦鹏;超低时间抖动光纤飞秒激光振荡器及其应用研究[D];天津大学;2016年
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3 方晓惠;多芯光子晶体光纤飞秒激光系统及其在频率变换中的应用[D];天津大学;2010年
【同被引文献】
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 夏长明;掺镱石英玻璃及其光子晶体光纤的制备和特性研究[D];燕山大学;2012年
2 张斌;光谱可控的可见光超连续谱与中红外超连续谱产生研究[D];国防科学技术大学;2012年
3 陈伟;掺稀土光子晶体光纤制备及其特性研究[D];华中科技大学;2011年
4 方晓惠;多芯光子晶体光纤飞秒激光系统及其在频率变换中的应用[D];天津大学;2010年
5 胡明列;飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中传输特性的研究[D];天津大学;2004年
6 李曙光;微结构光纤中超短激光脉冲传输及色散特性研究[D];燕山大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 尤文超;基于周期极化铌酸锂晶体的级联非线性效应研究[D];天津理工大学;2015年
2 崔元玲;飞秒激光在多芯光子晶体光纤中产生超连续谱的研究[D];天津大学;2014年
3 白春雷;两种光子晶体光纤的特性研究[D];燕山大学;2012年
4 李琴飞;盐类外加剂对引气混凝土气孔结构的影响[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 李立肖;光子晶体光纤的双零色散和非线性特性的理论和实验研究[D];燕山大学;2010年
6 韩伟涛;多芯光子晶体光纤相干合成的理论与实验研究[D];燕山大学;2010年
7 杨鹏;光子晶体光纤的制备和应用[D];天津大学;2008年
8 黄媛媛;高非线性光子晶体光纤的理论设计与制备研究[D];华中科技大学;2008年
9 魏红彦;光子晶体光纤带隙特性的研究[D];燕山大学;2007年
10 彭志农;飞秒激光加工透明材料[D];天津大学;2007年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 王德超;确定光子晶体光纤轴向方位角的在线仪器工程化[D];暨南大学;2016年
2 祝小光;大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的研究[D];北京交通大学;2016年
3 周雨竹;多芯光子晶体光纤输出超连续光束的合束研究[D];天津大学;2016年
4 黄华才;确定光子晶体光纤轴向方位角的前向散射图案特征法的研究[D];暨南大学;2015年
5 王少清;飞秒激光直写融石英光波导的工艺研究[D];中南大学;2014年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
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2 宋有建;胡明列;刘博文;柴路;王清月;;高能量掺Yb偏振型大模场面积光子晶体光纤孤子锁模飞秒激光器[J];物理学报;2008年10期
3 宋有建;胡明列;刘庆文;李进延;陈伟;柴路;王清月;;掺Yb~(3+)双包层大模场面积光纤锁模激光器[J];物理学报;2008年08期
4 宋有建;胡明列;张弛;刘博文;柴路;王清月;;呼吸脉冲锁模的光子晶体光纤飞秒激光器[J];中国激光;2008年06期
5 田震;王昌雷;栗岩锋;邢岐荣;宋有建;胡明列;柴路;王清月;;基于光子晶体光纤飞秒激光器的紧凑型太赫兹时域光谱仪[J];中国激光;2008年03期
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7 王清月;胡明列;宋有建;刘庆文;刘博文;张弛;李毅;柴路;;用大模场光子晶体光纤获得高功率飞秒激光[J];中国激光;2007年12期
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 刘博文;全光子晶体光纤飞秒激光放大系统的研究[D];天津大学;2009年
2 胡明列;飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中传输特性的研究[D];天津大学;2004年
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 王雷剑;张海峰;张骥;徐永生;;飞秒激光系统的运行和改进[J];中国原子能科学研究院年报;2005年00期
4 王亚伟;刘莹;卜敏;王立峰;;飞秒激光与生物组织作用原理及其应用[J];激光与红外;2008年01期
5 云中客;;利用飞秒激光粉碎病毒[J];物理;2008年04期
6 狄建科;周明;杨海峰;戴娟;;飞秒激光与生物细胞作用机理及应用[J];激光生物学报;2008年02期
7 何芝君;;飞秒激光在半透明物质中的微爆破及应用[J];文山师范高等专科学校学报;2008年03期
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10 王丽;邱建荣;;飞秒激光在生物学领域的应用[J];激光与光电子学进展;2010年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 曾绍群;;飞秒激光的声光扫描与神经活动观测[A];2006年全国强场激光物理会议论文集[C];2006年
3 徐楠;吴成印;吴志峰;梁青青;杨宏;龚旗煌;;分子的飞秒激光取向操纵[A];2006年全国强场激光物理会议论文集[C];2006年
4 蒋红兵;钟凤娇;龚旗煌;;分子取向对飞秒激光传输的影响[A];第八届全国光学前沿问题讨论会论文集[C];2009年
5 鲁欣;张喆;奚婷婷;郝作强;梁文锡;王兆华;刘勋;马媛媛;张杰;;飞秒激光在大气中产生的等离子体通道的物理性质研究[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年
6 马龙生;毕志毅;;飞秒激光位相精密控制及其应用[A];Strong Field Laser Physics--Proceedings of CCAST(World Laboratory) Workshop[C];2002年
7 谷渝秋;焦春晔;周维民;陈豪;王光昶;温天舒;葛芳芳;刘红杰;黄文忠;尤永禄;何颖玲;温贤伦;;飞秒激光与等离子体相互作用中自生磁场的测量[A];中国工程物理研究院科技年报(2003)[C];2003年
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10 龚旗煌;;飞秒激光微纳加工技术及应用[A];全国激光应用技术前沿发展报告会论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 张永超;飞秒激光刀『飞』入中国内地[N];医药经济报;2005年
2 本报记者 刘海英;水也能往高处流[N];科技日报;2009年
3 记者 李新龙通讯员 蔡怡春;中科院打开微观观察世界之门[N];湖北日报;2008年
4 王迅;飞秒激光光学频率梳获国家科技进步二等奖[N];中国有色金属报;2010年
5 日经;飞秒激光切削加工技术将进入实用阶段[N];中国有色金属报;2003年
6 记者 刘晓军;我国超高功率飞秒激光装置成功运行[N];科技日报;2005年
7 卢敬叁 杨蕾;“飞秒激光光学频率梳的研究”取得重要成果[N];中国质量报;2006年
8 戴劲松;具有国际先进水平的光纤激光器问世[N];大众科技报;2007年
9 记者 涂亚卓 通讯员 廖巧玲 实习生 余笑寒;高性能光纤激光器开发成功[N];湖北日报;2008年
10 戴劲松;我国自主研发高性能光纤激光器打破国际垄断格局[N];大众科技报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 董晓;飞秒激光氮重掺硅材料的性质及其应用[D];复旦大学;2014年
2 矫震;异种金属纳米颗粒飞秒激光连接作用机理及物理性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 张开虎;基于电子动态调控的时域整形飞秒激光微纳加工的理论和实验研究[D];北京理工大学;2015年
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7 张晨初;基于空间光调制技术的高速高分辨飞秒激光加工[D];中国科学技术大学;2016年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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4 刘洋;纳秒和飞秒激光激发的金属元素LIBS信号的对比研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
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6 张家骏;飞秒激光修复离子注入导致玻璃材料缺陷的实验研究[D];北京理工大学;2015年
7 何丽;飞秒激光小切口透镜取出术矫正近视临床研究[D];复旦大学;2014年
8 周思雨;飞秒激光加工石英玻璃微结构实验与仿真研究[D];大连理工大学;2015年
9 李辉;飞秒激光—铜等离子体复合跃迁中激发态5s'~4D_(7/2)的瞬态动力学研究[D];北京工业大学;2015年
10 孟娇;飞秒激光制备黑硅材料的实验研究[D];北京工业大学;2015年
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