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长脉冲泵浦光纤超连续谱光源及其稳定性研究

刘楚  
【摘要】:光纤超连续谱(SC)光源具有输出功率高、带宽大、空间相干性好等一些独特的优势,在光谱检测、生物光子学、光通信以及光计量学等领域获得日益广泛的重视和应用,也是目前国际激光应用技术领域与学科交叉中的研究热点。本论文对长脉冲泵浦光纤超连续谱的理论、光谱的扩展方法及其稳定性分析以及大功率激光二极管线阵的波前测量及整形技术进行了系统深入的研究。取得的主要创新成果如下: 1.首次发现了长脉冲泵浦SC的产生过程中,当色散波与孤子发生碰撞时,色散波峰值光强所对应的频率产生阶跃频移,而其加权平均频率则呈现出连续平滑的频移特性。同时,随着光纤长度的增加,孤子产生的势阱也会因其相关参数的波长依赖关系而发生变化,对束缚在势阱中的色散波也会产生相应的影响。 2.首次提出了一种双脉冲间碰撞致SC光谱展宽的理论模型。当时域窗口过窄时,抵达窗口边界的脉冲能量会从窗口另一端重新进入,导致脉冲间的孤子碰撞,从而使得SC的光谱发生展宽。这是一种预测脉冲间碰撞致孤子展宽的有效模型,并从实验上进行了验证。同时,从理论和实验上研究了双脉冲泵浦致SC光谱展宽的机理。数值仿真和实验结果表明,峰值功率500W,脉宽5ps的泵浦双脉冲,当脉冲间隔较小时(20ps),可以极大的增强SC光谱的展宽度(约为140nm)。 3.提出了一种自适应前截止滤频方案,首次发现了光学巨孤子(RS)产生于不同的光纤长度,而且呈现出一种类似于生命周期的特性:RS的光强由于孤子碰撞而迅速上升并随之缓慢下降。因此,当光纤的长度增加时,在产生的SC光谱中将聚集更多已经衰退的RS,这将给SC光谱长波长端的稳定性带来较大的影响。 4.提出了一种可对大功率激光二极管线阵(HPLDA)进行大动态范围波前测量的新方法,可在-π/2到π/2范围内对其进行高精度的波前斜率测量并实现对HPLDA输出光束进行波前重构的目的。实验制作并数值模拟了一种用于HPLDA输出光束聚焦和均匀化的新型光束整形系统,该系统由一个锥形石英阵列整形器和一个锥形石英积分器组成,具有价格低廉,易于制作的优点。通过整形系统后,HPLDA输出光束的光强和发散角得以重新分配以形成一个均匀分布的小光斑,并能耦合进入直径200μm的石英光纤中。


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