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超短脉冲被动锁模光纤激光器的研究

唐志杰  
【摘要】:超短脉冲光纤激光器在非线性光学、超快光学等领域,尤其在光通信系统中有着潜在的应用价值。在1550 nm通信窗口,超短脉冲掺铒光纤激光器伴随着掺铒光纤放大技术的成熟得到了很大的发展,已经成为超高速大容量长距离光纤通信波分复用和时分复用技术的发展和应用的重要光源技术。超短脉冲光纤激光器以掺稀土元素的光纤作为增益介质,可以产生飞秒量级的超短脉冲输出,易实现全光纤集成,而且具有操作简单,结构紧凑,兼容性好等特点。本论文主要从理论和实验上研究掺铒光纤激光器产生飞秒量级的超短脉冲的机理和技术,主要内容包括: 1.对光纤激光器的概念、分类、特点以及应用前景等进行了回顾与总结,说明研究超短脉冲光纤激光器意义,重点阐述锁模光纤激光器的锁模原理和锁模方法,对被动锁模光纤激光器做详细的介绍。 2.对基于非线性偏振旋转的掺铒光纤激光器产生超短脉冲输出进行了实验研究。利用光纤非线性偏振旋转锁模方法并引进激光谐振腔色散管理,在环形腔激光器中实现自启动被动锁模,可以直接产生脉宽窄于100fs的超短脉冲输出。通过不断优化谐振腔结构,最终实现最短脉冲为50fs的超短脉冲输出,其中心波长在1570nm附近,重复频率为37.8MHz。在实验过程中随着泵浦功率的增加,仔细调节偏振控制器,可以观察到光纤激光器产生多脉冲束缚态输出。在610mW的泵浦功率下可以观察到最多7个脉冲组成的束缚态多脉冲,且输出脉冲各尖峰间隔相等,光谱呈现梳齿状。 3.对基于非线性放大环形镜的“8”字形光纤激光器产生超短脉冲输出进行了实验研究。首先理论分析了基于Sagnac环的非线性光纤环形镜的结构及非线性传输特性。接着组建了“8”字形腔掺铒光纤激光器,对腔体结构进行了合理设计,利用非线性器件对输入脉冲的强度依赖性被动锁模原理,在激光器中得到了飞秒量级的超短脉冲输出,其脉冲宽度为177fs,中心波长在1560nm附近,谱宽为16nm,重复频率为19.7MHz,输出功率为12.4mW。


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