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全正色散锁模光纤激光器的性能研究

徐聪  
【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研究课题。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。使用全正色散的锁模光纤激光器可以有效避免波分裂现象的出现,将脉冲能量提升一到二个数量级。 本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.从实验和理论两方面对使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研究。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,在理论上分析了限制全正色散锁模光纤激光器能量提升的原因:腔内过高的非线性减弱了激光器稳定运转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转的方法:在腔内增加带通滤波器,或者使用具有时间响应特性的慢可饱和吸收体作为锁模器件。这两种方法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。我们首次从理论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,从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方法。我们使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,并且分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征。脉冲光谱的3dB宽度为14nm,脉冲时域宽度约为75ps。使用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。同时通过改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。


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