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《天津大学》 2009年
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全光子晶体光纤飞秒激光放大系统的研究

刘博文  
【摘要】: 本论文详细阐述了光子晶体光纤的传输特性,并对其可控色散特性、非线性特性、带隙特性进行了理论和实验的研究。基于掺Yb3+单偏振双包层光子晶体光纤搭建了全光子晶体光纤飞秒激光放大系统,系统研究了多个参数对输出的影响,得到高重复频率,高平均功率的飞秒脉冲输出。论文的工作包括以下主要内容: 第一,利用有限元方法设计了具有特殊色散特性的孔助实芯光子晶体光纤。通过控制纤芯空气孔的大小得到了具有两个零色散点的色散曲线,并优化了该光纤的二阶和三阶色散,使其满足光纤展宽器的色散匹配要求。同时基于白光干涉法搭建了色散测量系统,测量了多种光子晶体光纤的色散曲线。 第二,在非线性实验中,由于孔助实芯光子晶体光纤具有两个零色散波长,实现了自频移孤子的稳定输出,消除了仅有一个零色散点光纤中孤子频移对入射脉冲能量的敏感性。 第三,利用空气纤芯光子带隙光纤的低非线性和反常色散特性对光子晶体光纤飞秒激光器输出的脉冲进行了压缩。利用全固带隙光纤和布拉格型光纤的弯曲损耗特性制作了带通滤波器,其滤波窗口的中心波长和宽度皆可调谐。 第四,数值模拟研究了Yb3+光纤的增益特性,结合实验分析了放大级参数对输出脉冲能量的影响。利用分步傅立叶方法研究了放大过程中的自相位调制效应的影响,进一步数值模拟了非线性脉冲放大和压缩的过程,分析了三阶色散和非线性啁啾之间的相互补偿。 第五,实验搭建了全光子晶体光纤飞秒激光放大系统,系统中的增益光纤全部采用掺Yb3+单偏振双包层光子晶体光纤,利用非线性放大,得到比种子光更窄的脉冲输出。实验中详细分析了振荡级的锁模状态、振荡级输出脉冲光谱调制、放大级泵浦功率、放大级增益光纤长度等参数对系统输出的影响,得到了39 fs的最短脉冲输出和平均功率为23 W,重复频率为50 MHz,对应单脉冲能量460 nJ,脉冲宽度为109 fs的稳定高质量脉冲输出。并以此输出为光源对光子晶体光纤飞秒激光器在高功率非线性、高功率紫外倍频、高速飞秒激光加工等领域的应用进行了探索。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TN722.32

【引证文献】
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
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 郭亚梅;全固态光子晶体光纤的色散特性分析与设计[D];燕山大学;2016年
2 兰莹;不同尺寸银纳米粒子的光学非线性研究[D];黑龙江大学;2016年
3 王翔;高重复频率光学频率梳关键技术研究[D];北京理工大学;2015年
4 刘一鸣;全固态光子晶体光纤及其应用于光纤激光器的研究[D];南京邮电大学;2014年
5 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
6 张程;色散管理孤子掺铒光纤锁模激光器脉冲压缩特性的研究[D];天津大学;2013年
7 孟丹;全固光子晶体光纤的特性研究[D];燕山大学;2012年
8 芦泓宇;金银纳米粒子的飞秒激光制备及光学非线性研究[D];黑龙江大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 宋有建;胡明列;张弛;柴路;王清月;;高脉冲能量大模场面积光子晶体光纤飞秒激光器[J];科学通报;2008年13期
2 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
3 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
4 张伟力,邢岐荣,王清月,NelsonCue,K.M.Yoo;TW级Ti:Al_2O_3飞秒激光放大器[J];光学学报;1996年04期
5 王清月,戴建明,向望华,邢岐荣,张伟力;掺钛蓝宝石激光器实现飞秒级自聚焦锁模运转[J];光学学报;1993年01期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 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
2 栗岩锋;光子晶体光纤色散特性的理论研究[D];天津大学;2004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 刘京徽;田金荣;胡梦婷;宋晏蓉;;蓬勃发展的高重复频率固体锁模激光器[J];激光与光电子学进展;2014年12期
3 崔苏;魏淮;;用于高功率放大的光子晶体光纤特性研究[J];光电技术应用;2014年02期
4 王立新;蔡军;姜培培;沈永行;;全光纤化高功率线偏振掺镱脉冲光纤激光器[J];红外与激光工程;2014年02期
5 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
6 王艺森;贺号;王清月;;飞秒激光对人类细胞内钙信号的调控作用[J];激光与光电子学进展;2013年08期
7 易昌申;戴世勋;张培晴;王训四;沈祥;徐铁峰;聂秋华;;新型单模大模场红外硫系玻璃光子晶体光纤设计研究[J];物理学报;2013年08期
8 毕卫红;许睿;付广伟;李魁星;;40倍长工作距离PCF熔接系统显微物镜设计[J];光电工程;2013年01期
9 柴路;胡明列;方晓惠;刘博文;宋有建;栗岩锋;王清月;;光子晶体光纤飞秒激光技术研究进展[J];中国激光;2013年01期
10 易昌申;张培晴;戴世勋;王训四;许银生;徐铁峰;聂秋华;;大模场光子晶体光纤研究进展[J];激光与光电子学进展;2012年10期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王二垒;新型光子晶体光纤的设计、分析及应用研究[D];合肥工业大学;2017年
2 赵原源;新型双折射非线性微结构光纤的理论与实验研究[D];燕山大学;2016年
3 关寿华;光子晶体光纤特性及其传感应用研究[D];大连理工大学;2015年
4 胡晓明;高非线性光子晶体光纤优化设计及其孤子自频移的研究[D];北京邮电大学;2015年
5 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
6 魏帅;亚碲酸盐亚波长尺寸光子晶体光纤及其特性研究[D];北京邮电大学;2014年
7 顾澄琳;光子晶体光纤飞秒激光泵浦的高功率宽调谐光学参量振荡器的研究[D];天津大学;2013年
8 崔亮;脉冲光泵浦光子晶体光纤制备关联光子对的理论和实验研究[D];天津大学;2012年
9 王豆豆;新型微结构聚合物光纤的设计及传输特性分析[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2012年
10 王彦斌;长脉冲和连续光泵浦光子晶体光纤产生超连续谱的相关研究[D];国防科学技术大学;2011年
【同被引文献】
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
3 栗岩锋;光子晶体光纤色散特性的理论研究[D];天津大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 程旭;色散补偿光子晶体光纤的设计及特性分析[D];北京邮电大学;2015年
2 王亚峰;利用飞秒激光泵浦探测研究量子点与甲基紫之间的电子转移[D];吉林大学;2014年
3 刘一鸣;全固态光子晶体光纤及其应用于光纤激光器的研究[D];南京邮电大学;2014年
4 张仙鹏;磁性金属纳米颗粒的自组装生长与磁学性能研究[D];山西师范大学;2013年
5 李稳;红外AgClBr光子晶体光纤的基本特性研究[D];南京邮电大学;2013年
6 李强龙;超快泵浦—探测技术中的光谱实时校正研究[D];西北大学;2012年
7 史宇乐;可调谐环形腔掺铒光纤激光器的研究[D];大连理工大学;2012年
8 贾晓霞;金属纳米材料(Ag、Au、Cu、Au/CuO)的制备及性能的研究[D];河南师范大学;2012年
9 芦泓宇;金银纳米粒子的飞秒激光制备及光学非线性研究[D];黑龙江大学;2012年
10 张敏;新型光子晶体光纤的结构设计与特性分析[D];重庆大学;2012年
【二级引证文献】
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
2 刘丰;高平均功率小型化超快THz辐射源[D];天津大学;2012年
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
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 吴江;飞秒激光作用下铝掺杂纳米硅薄膜的超快动力学研究[D];东北林业大学;2017年
2 郭亚梅;全固态光子晶体光纤的色散特性分析与设计[D];燕山大学;2016年
3 吴嗣;基于PPKTP晶体的飞秒量级时间间隔测量技术研究[D];中国科学院研究生院(上海技术物理研究所);2016年
4 兰莹;不同尺寸银纳米粒子的光学非线性研究[D];黑龙江大学;2016年
5 王晓旭;碳纳米管的非线性光学特性研究[D];黑龙江大学;2015年
6 张小凤;通信波段的多通道全光纤量子关联光源[D];天津大学;2014年
7 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
8 李稳;红外AgClBr光子晶体光纤的基本特性研究[D];南京邮电大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 刘博文;胡明列;宋有建;柴路;王清月;;亚百飞秒高功率掺镱大模面积光子晶体光纤飞秒激光放大器的实验研究[J];物理学报;2008年11期
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;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
4 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
5 刘博文;胡明列;宋有建;柴路;王清月;;高功率掺镱大模面积光子晶体光纤飞秒激光放大器的实验研究[J];中国激光;2008年03期
6 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
7 周军;楼祺洪;朱健强;何兵;董景星;魏运荣;张芳沛;李进延;李诗愈;赵宏明;王之江;;采用国产大模场面积双包层光纤的714W连续光纤激光器[J];光学学报;2006年07期
8 王清月;胡明列;柴路;;光子晶体光纤非线性光学研究新进展[J];中国激光;2006年01期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 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
2 毛方林;飞秒激光显微操作系统的研究[D];天津大学;2004年
3 栗岩锋;光子晶体光纤色散特性的理论研究[D];天津大学;2004年
4 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
5 倪晓昌;飞秒激光微精细加工理论与实验研究[D];天津大学;2004年
【相似文献】
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9 赵辉,张朝凤;飞秒激光的应用[J];鞍山师范学院学报;2004年06期
10 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
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9 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
10 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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3 本报记者 刘海英;水也能往高处流[N];科技日报;2009年
4 邢帅;中航工业计量所成功研制光纤飞秒激光器[N];中国航空报;2014年
5 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
6 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
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9 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
10 记者 杨念明 通讯员 汪红霞 实习生 罗璇;掌握新一代光纤研制技术[N];湖北日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 黄莉莉;通过脉冲动力学优化提升光子晶体光纤飞秒激光性能的研究[D];天津大学;2016年
2 王齐;光子带隙与银纳米微粒局域场效应协同增强稀土离子下转换发光的研究[D];昆明理工大学;2016年
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6 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
7 王磊;大面积周期性微纳结构的激光制备研究[D];吉林大学;2015年
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9 李贺龙;超快强场激光在燃烧场中的传输特性和非线性光谱研究[D];吉林大学;2016年
10 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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘铭华;基于空芯光子带隙光纤的全光纤甲烷检测系统研究[D];燕山大学;2015年
2 王四琴;光子带隙与贵金属协同调控稀土离子下转换发光性质的研究[D];昆明理工大学;2016年
3 郭政;亚波长纤芯光子晶体光纤的设计与非线性研究[D];北京邮电大学;2016年
4 赵云燕;光子晶体光纤偏振器件设计及飞秒激光传输的实验研究[D];燕山大学;2017年
5 杨婷婷;飞秒激光刻写高性能光纤布拉格光栅技术基础及应用研究[D];西北大学;2017年
6 杜玺;玻璃中功能晶体的析出控制与应用探索[D];华南理工大学;2015年
7 梁衍森;飞秒激光制瓣LASIK治疗近视临床效果观察[D];新乡医学院;2015年
8 郑立威;基于飞秒激光的氧化硅纤维陶瓷加工研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
9 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
10 刘洋;飞秒激光时空同步聚焦特性及其微纳加工应用研究[D];北京理工大学;2015年
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