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泵浦源啁啾特性对超连续谱光纤激光器影响的研究

贾强  
【摘要】:超连续谱激光光源具有宽光谱、高亮度、发散角小、高重复频率等优良的光学性能,目前被广泛应用于激光空间通信、荧光寿命成像、频谱检测、气体检测及光学相干断层扫描等应用。随着应用领域的增多,超连续谱谱线平坦度的提高及特定峰位的控制这一问题被突显出来。控制谱线的传统方法是改变光纤参数,此方法设计加工难度大成本高,并且一台激光器只能输出一种激光谱线的参数。本文基于光纤中产生超连续谱的物理机制,结合泵浦脉冲光啁啾特性理论建立了数值模型。研究中采用分步傅立叶法数值求解了含时非线性薛定谔方程,结合频域频谱、时域频谱及光纤末端输出的超连续谱功率密度图。具体分析了光纤的非线性系数、二阶色散系数及光纤长度这些参数在超连续谱展宽过程中所起的作用,并分析了泵浦脉冲啁啾参量变化在光谱展宽过程中起到的作用。在实验研究的过程中,根据光栅脉冲整形的原理设计光刻了透射光栅,对光栅的光学参数进行测量计算,建立了飞秒激光光子晶体光纤超连续谱激光器和飞秒激光蓝宝石光纤超连续谱激光器。具体分析了不同泵浦脉冲形状下激光器输出的谱线特征。经研究发现,光纤的非线性系数与光纤的色散系数取值平衡时,可以获得范围更大的超连续谱谱线;光纤的二阶色散参量取值增加时,可以增加超连续谱的谱线范围;光纤长度影响谱线的范围和谱线平坦度;改变泵浦源的啁啾参量,可以实现对谱线范围及特征峰位的控制,发现脉冲形状的啁啾参量与光孤子裂变距离有直接联系;啁啾参量取正值时,脉冲光场的振荡频率随时间增加而增大,对谱线的展宽有利;啁啾参量的正负不影响脉冲形状;二条刻线数啁啾光栅获得的谱线范围最广,谱线的平坦度最好。本研究建立了两台激光器,均输出了多参数调制的超连续谱激光。结果表明了泵浦源啁啾特性可以控制超连续谱激光器输出的谱线,啁啾光栅可以改变泵浦脉冲形状,实现了对超连续谱谱线平坦度的优化及特定峰位的控制。


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