特种光纤中超连续谱产生及在跨波段飞秒脉冲激光器中的应用

论文摘要

多波长同步相干超短脉冲激光在超快科学领域如时间解析泵浦探测光谱,非线性显微,光参量放大,以及相干脉冲合成等技术中有广泛的应用。而传统激光器中增益介质的天然特性限制了激光的输出波长跨度,如果采用多台激光器其同步系统往往非常复杂,价格昂贵或需要腔长严格匹配,环境敏感,稳定性差对其实用带来很多不便。本论文对跨波段多波长同步脉冲激光器展开研究。首次提出利用超连续谱技术将光谱展宽,实现增益波段的跨越,将不同掺杂成份,不同增益波段的激光器有机地构造在同一谐振腔内,实现脉冲激光的同步性和相干性,克服传统稀土掺杂光纤激光器固有工作波段的限制。本文主要研究了两个方面的内容,即针对锥形光纤超连续谱的产生和跨波段双波长飞秒脉冲激光器的设计进行了研究。论文的具体工作如下:(1)分析了拉锥光纤的色散和非线性特性,建立了飞秒脉冲在拉锥光纤中传输的数值模型,模拟了飞秒脉冲在拉锥光纤中超连续谱的形成过程,研究了不同色散区域超连续谱产生过程,研究了拉锥光纤中泵浦中心波长与色散零点的相对距离对超连续谱产生的影响,完成了用于1μm和1.5μm两个波长间脉冲相互转换的拉锥光纤设计。(2)首次提出利用超连续谱展宽增大Mamyshev脉冲再生波长间隔的方法来实现单腔跨波段双波长同步脉冲激光器。通过数值模拟在包含脉冲自相似放大和压缩以及超连续谱产生过程单环形谐振腔内成功实现了 1μm和1.5μm波段的同步跨波段飞秒脉冲输出。(3)利用传递函数对跨波段脉冲激光器的特性和器件参量进行了分析和优化,得出了具有指导性的规律,并对该激光器的噪声特性和启动特性进行了分析。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
•   1.1 研究目的及意义
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 跨波段双波长激光器
•     1.2.2 Mamyshev再生激光器
•     1.2.3 超连续谱的研究现状
•   1.3 研究内容
• 2 光纤中超连续谱产生的基本理论
•   2.1 光纤中光脉冲传输基本理论
•     2.1.1 光波传输的基本规律
•     2.1.2 广义非线性薛定谔方程
•   2.2 非线性薛定谔方程的数值求解方法
•     2.2.1 分步傅里叶方法
•     2.2.2 龙格库塔相互作用绘景
•   2.3 本章小结
• 3 拉锥标准单模光纤中超连续谱的产生研究
•   3.1 光脉冲在锥形光纤中的传输
•     3.1.1 锥形光纤中的非线性
•     3.1.2 锥形光纤中的色散特性
•   3.2 1.5μm超短脉冲泵浦拉锥SMF-28中超连续谱的产生
•     3.2.1 反常色散锥腰中超连续谱的产生
•     3.2.2 近零色散点反常色散锥腰中超连续谱的产生
•     3.2.3 近零色散点正常色散锥腰中超连续谱的产生
•     3.2.4 正常色散锥腰中超连续谱的产生
•     3.2.5 结论
•   3.3 1μm超短脉冲泵浦拉锥SMF-28中超连续谱的产生
•     3.3.1 近零色散点正常色散区超连续谱的产生
•     3.3.2 近零色散点反常色散区超连续谱的产生
•     3.3.3 反常色散区超连续谱的产生
•     3.3.4 结论
•   3.4 本章小结
• 4 跨波段双波长激光器的设计方案和特性研究
•   4.1 Mamyshev环形激光器谐振腔分析方法
•   4.2 跨波段双波长单Mamyshev环腔激光器设计和结果分析
•     4.2.1 系统结构
•     4.2.2 系统模拟结果及讨论
•   4.3 跨波段双波长单Mamyshev环腔激光器的稳定特性研究
•     4.3.1 系统传输函数
•     4.3.2 不同滤波器带宽对腔稳定性的影响
•     4.3.3 非线性光纤长度对腔稳定性的影响
•     4.3.4 单臂脉冲再生对腔稳定性的影响
•     4.3.5 放大器噪声特对谐振腔稳定性的影响
•     4.3.6 稳定的谐振腔参数配比方法
•   4.4 跨波段双波长单Mamyshev环腔激光器的启动特性研究
•     4.4.1 种子脉冲的峰值功率和宽度与环形腔启动的关系
•     4.4.2 种子脉冲的啁啾特性与环形腔启动的关系
•   4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 参考文献
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 秦伟轩

导师: 魏淮

关键词: 特种光纤,拉锥光纤,超连续谱,双波长,跨波段,脉冲再生

来源: 北京交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,物理学,无线电电子学,无线电电子学

单位: 北京交通大学

分类号: TN248;TN253

总页数: 90

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