高能量可调谐掺铥拉曼孤子光纤激光器的优化设计

论文摘要

近年来,工作波长在2μm附近的激光器因其在工业气体与环境监测、激光通信与雷达、聚合物材料加工、激光手术等方面的应用而受到研究者广泛关注。掺铥拉曼孤子光纤激光器因其可产生能突破掺铥光纤增益带宽的宽范围波长可调谐、高能量、近变换极限的超短脉冲成为近年来的研究热点。掺铥拉曼孤子光纤激光器的实验研究工作已经开展,对其系统的理论研究工作有待深入。本文利用数值模拟的研究方法,对掺铥拉曼孤子光纤激光器进行了优化设计,具体研究内容和研究结果如下:1.概述了高能量掺铥脉冲光纤激光器、可调谐掺铥脉冲光纤激光器以及拉曼孤子光纤激光器的应用及研究进展。2.给出了不同情况下的光脉冲在光纤中传输时所满足的广义非线性薛定谔方程,介绍了本文中使用的多模式拉曼响应函数,简要描述了本文数值模拟所用的方法——分步傅里叶变换方法。3.利用数值模拟研究方法,优化设计了具有啁啾脉冲放大结构的掺铥拉曼孤子光纤激光器。分别研究了高数值孔径光纤长度、双包层掺铥光纤长度、掺铥光纤长度、种子源脉冲宽度和种子源脉冲峰值功率对拉曼孤子脉冲能量和中心波长的影响,得到了最高脉冲能量为23.43 nJ、中心波长在1976-2414 nm范围内可调谐的拉曼孤子脉冲,给出了高能量可调谐拉曼孤子光纤激光器对种子源激光器的要求。4.利用数值模拟研究方法,对掺铥拉曼孤子光纤激光器种子源进行了优化设计。分别研究了单模光纤长度、高数值孔径光纤长度、掺铥光纤长度、滤波器带宽及输出耦合比对种子源脉冲的M因子、去啁啾后脉冲宽度和峰值功率的影响,得到了M因子为0.025,去啁啾脉冲宽度为149.4 fs,峰值功率为59.562 kW的种子源脉冲。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 掺铥脉冲光纤激光器
•     1.2.1 高能量掺铥脉冲光纤激光器
•     1.2.2 可调谐掺铥脉冲光纤激光器
•   1.3 拉曼孤子光纤激光器
•     1.3.1 拉曼孤子光纤激光器简介
•     1.3.2 拉曼孤子光纤激光器研究进展
•   1.4 本论文主要研究工作
• 第二章 掺铥拉曼孤子光纤激光器的理论基础
•   2.1 广义非线性薛定谔方程
•   2.2 拉曼响应函数
•   2.3 分步傅里叶变换方法
•   2.4 本章小结
• 第三章 高能量可调谐掺铥拉曼孤子光纤激光器的优化设计
•   3.1 引言
•   3.2 理论模型
•   3.3 数值模拟过程及分析
•     3.3.1 超高数值孔径光纤长度对拉曼孤子脉冲特性的影响
•     3.3.2 双包层掺铥光纤长度对拉曼孤子脉冲特性的影响
•     3.3.3 掺铥光纤长度对拉曼孤子脉冲特性的影响
•     3.3.4 种子源脉冲脉宽对拉曼孤子脉冲特性的影响
•     3.3.5 种子源脉冲峰值功率对拉曼孤子脉冲特性的影响
•   3.4 数值模拟结果及讨论
•   3.5 本章小结
• 第四章 掺铥拉曼孤子光纤激光器种子源的优化设计
•   4.1 引言
•   4.2 理论模型及自相似脉冲的判定
•   4.3 数值模拟过程及分析
•     4.3.1 单模光纤长度对种子源脉冲特性的影响
•     4.3.2 超高数值孔径光纤长度对种子源脉冲特性的影响
•     4.3.3 掺铥光纤长度对种子源脉冲特性的影响
•     4.3.4 滤波器带宽对种子源脉冲特性的影响
•     4.3.5 输出耦合比种子源脉冲特性的影响
•   4.4 数值模拟结果及讨论
•   4.5 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参研项目及科研成果清单
• 参加科研项目情况
• 获奖情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 宋旭敏

导师: 张书敏

关键词: 拉曼孤子光纤激光器,高能量,可调谐,掺铥光纤,孤子自频移

来源: 河北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 河北师范大学

分类号: TN248

总页数: 59

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