导读:本文包含了超短脉冲激光器论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:激光器,超短,脉冲,光纤,吸收体,孤子,偏振。
超短脉冲激光器论文文献综述
李志明,田梦,王子璇,王晓妍,申利民[1]（2019）在《超短脉冲激光器加工工艺参数自适应及其生效技术》一文中研究指出为了解决超短脉冲激光数控加工中激光参数与加工速度等参数不匹配导致的加工宽度与加工深度过大或过小的问题,分别从作用机理推导、加工工艺参数内在规律探寻角度建立了基于激光参数及加工速度表示的加工宽度和加工深度表达式,进而建立超短脉冲激光器加工工艺参数求解模型。在基于UMAC的开放式数控系统基础上,针对加工速度匀速和变速两种情况,分别给出了超短脉冲激光器加工工艺参数自适应及生效的技术方案。通过仿真实验,验证了超短脉冲激光器加工工艺参数求解模型的预测性能,其对数控情境下超短脉冲激光器加工工艺参数自适应的相关研究工作,以及提高加工工艺实验效率、降低成本等均具有参考价值。(本文来源于《计算机集成制造系统》期刊2019年08期）
马春阳[2]（2019）在《基于被动锁模光纤激光器的超短脉冲理论与实验研究》一文中研究指出相比于其他类型激光器,光纤激光器因其结构紧凑、价格低廉、无需冷却等优点成为了未来激光器的主要发展方向,甚至有可能取代固体激光器等传统激光器成为世界主流激光器类型。目前,随着全正色散光纤激光器等新型光纤激光器的研制成功,光纤激光器在最终输出脉冲能量方面已经和固体激光器相当。然而,受限于输出脉冲宽度的研究瓶颈,使得如何压缩光纤激光器输出脉冲宽度成为了当前研究热点。被动锁模技术是产生超短脉冲的主要技术手段之一,通过被动锁模技术可以有效地实现飞秒量级脉冲输出。本文主要围绕被动锁模光纤激光器中产生超短脉冲展开研究工作,通过理论建模与实验相结合的方法对被动锁模光纤激光器中产生的孤子类型进行分析,重点研究了可饱和吸收体参数对被动锁模光纤激光器输出脉冲特性的影响,设计并实现了高性能可调谐波长自相似光纤激光器,高脉冲能量Mamyshev光纤激光器,并通过自行优化设计的Mamyshev光纤激光器得到了目前为止光纤激光器中脉冲宽度最短、光谱最宽的脉冲输出。本论文的理论与实验研究对光纤激光器在产生高能量以及超短脉冲方面具有重要的科学研究意义与实际应用价值。本文的主要研究内容如下:1.通过数学建模对全正色散光纤激光器输出孤子分子的动态特性进行研究。由于腔内过高的非线性效应导致脉冲在最终输出时由单个孤子分裂成孤子分子形式,随着泵浦功率的持续提高,孤子分子并没有直接分裂成叁孤子,而是通过一系列的自适应过程阻止其自身分裂,实验证明孤子分子可以承受较高非线性效应,并在自适应调整后,孤子分子中的两个孤子保持着同样的孤子特性继续传播。2.对基于黑磷为可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器进行建模与仿真分析,通过与石墨烯、过渡金属硫化物、拓扑绝缘体等其他二维材料为可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器进行对比分析,发现以黑磷为可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器在脉冲输出特性上(形成脉冲所需时间、脉冲宽度、脉冲峰值功率等方面)要好于其他类型二维材料为可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器,证明了黑磷是目前为止二维材料中较为理想的可饱和吸收体材料。然后对可饱和吸收体模型进行深入研究,通过数值模拟发现调制深度、非饱和吸收系数以及饱和能量都会影响最终输出脉冲特性,并得出结论:较高调制深度和较低非饱和吸收系数可以获得高能量超短脉冲。通过上述研究可为制造高性能可饱和吸收体提供理论支持和技术指导。3.对自相似光纤激光器进行具体数值模型构建与实验研究,通过求解自相似光纤激光器模型对腔内动态变换过程进行更加深入的分析,并在实验室构建了基于掺镱光纤的自相似光纤激光器,得到了5.8 n J,83 fs的脉冲输出。实验过程中发现通过旋转光谱滤波器角度可以很好实现调谐脉冲中心波长的功能,因此对自相似光纤激光器是否存在可调谐性进行深入研究,在实验中成功实现了70 nm(1030-1100 nm)的可调谐波长范围,输出脉冲宽度约为116 fs,脉冲能量为4 n J的脉冲,通过适当调整非线性偏振旋转器件,得到另一组脉冲宽度小于100 fs的70 nm可调谐波长范围脉冲,据作者所知,这是第一次在掺镱光纤激光器中得到脉冲宽度小于100 fs的可调谐光纤激光器,证明了自相似光纤激光器是具有可调谐能力的高性能光纤脉冲激光器。4.对新型超短脉冲光纤激光器——Mamyshev光纤激光器进行了重点研究,Mamyshev光纤激光器是目前为止输出脉冲能量最高的光纤激光器,通过构建Mamyshev光纤激光器得到了60 fs,30 n J的脉冲输出。之后在Mamyshev光纤激光器原有基础上引入去啁啾平台和具有高非线性效应光子晶体光纤,通过增益光纤内自相似演化特性和极高调制深度维持腔内稳定,最终得到脉冲宽度为17 fs,光谱宽度为394 nm的脉冲输出,并通过仿真验证了实验的准确性。据作者所知,这是目前为止所有光纤激光器中输出脉冲最短、光谱最宽的光纤激光器,为人们研究极限超短脉冲提供新的研究思路与技术手段。(本文来源于《吉林大学》期刊2019-06-01）
孙江[3]（2019）在《全保偏超短脉冲掺镱光纤激光器的研究》一文中研究指出随着激光脉冲向脉冲更短和功率更高的方向的不断发展,其在基础科学研究,生物医疗,材料加工和太赫兹等领域的应用也更加广泛。为了得到稳定的超短脉冲,常用到的锁模器件有半导体可饱和吸收体、石墨烯、单壁碳纳米管、拓扑绝缘体(如硒化铋,碲化铋等)和一些硫化物(如二硫化钼等)以及人造可饱和吸收体(如非线性偏振旋转和非线性光学环路镜等)。此外,由于1μm波段玻璃光纤呈正色散,为了得到更短的超短脉冲输出,一般情况下会加入诸如光纤布拉格光栅、空间棱镜或光栅对等负色散器件。本论文通过在全保偏光纤激光谐振腔内引入负色散啁啾光纤布拉格光栅来调整腔内色散,对全保偏掺镱锁模光纤激光器展开理论和实验研究。本论文主要研究内容和具体方法如下:首先,对保偏光纤的特点和掺镱光纤的性质进行了梳理,并对超短脉冲掺镱光纤激光的产生机制进行了研究。通过数值模拟对输出脉冲的影响因素进行分析,为实验方案和器件参数提供理论指导。其次,建立超短脉冲光纤激光器的物理模型,进而搭建基于啁啾光纤布拉格光栅的全保偏掺镱锁模光纤激光器。在泵浦功率为52 mW时可以实现稳定的锁模运转。叁个输出端口的总输出功率可达到9.8mW,重复频率为15.7MHz,脉冲宽度为4.26ps。输出脉冲的中心波长为1030nm,对应的3 dB光谱宽度为7.2 nm,对应理想傅里叶变换极限脉宽约为150fs,单脉冲能量为0.76nJ,脉冲峰值功率为178W。最后,在对色散管理孤子的成因和性质研究的基础上,通过不断改变激光器的腔长,在负色散区实现了单脉冲和色散管理孤子分子的稳定输出。单脉冲状态时,脉冲宽度为4.8ps,可通过外部光栅对压缩到278fs,中心波长为1029.8 nm,3dB光谱带宽为4.3 nm。处于色散管理分子状态时光谱调制范围约为0.222nm,对应于19.5ps的脉冲间隔。通过数值模拟,模拟结果和实验结果也相互吻合。最后测量得到激光器的光-光转换效率为39%,这在同类实验中是比较高的。(本文来源于《西北大学》期刊2019-06-01）
刘泓鑫,李永亮,顾小琨,胡伟伟,张翼鹏[4]（2019）在《基于SBS超短脉冲激光器的介质研究》一文中研究指出皮秒激光器在众多领域中都有广泛的应用,将纳秒量级激光器脉冲压缩至皮秒量级超短脉冲是目前获得高能量皮秒脉冲激光的常见方法之一。而基于布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering)的脉冲压缩系统结构简单,造价较低,是近年来较为热门的技术手段。布里渊散射脉冲压缩方案的技术关键在于介质研究。本文通过研究目前获得应用的叁类介质的化学性能、物理特性以及压缩效果等,对比国内外研究现状,分析了受激布里渊散射对介质的要求以及未来的发展方向。(本文来源于《激光与红外》期刊2019年04期）
葛颜绮[5]（2018）在《基于新型二维材料的超短脉冲光纤激光器研究》一文中研究指出产生皮秒或飞秒脉冲的超快光纤激光器不仅具备良好的光束质量,还具有极好的柔性与灵活性、可设计性、易于系统集成等优点。在过去的十几年里,在光通讯、光传感、激光医疗、工业加工以及基础学科研究等领域,超快光纤激光器受到了广泛的关注。获得超短脉冲的主要方法之一是被动锁模技术,其中的关键是在激光腔内引入可饱和吸收体(Saturable Absorber,SA)。当前市场上应用最广泛的可饱和吸收体为半导体可饱和吸收镜(Semiconductor Saturable Absorption Mirrors,SESAM)。然而,其价格昂贵、制作复杂、响应波长范围窄,使得研究者和技术人员进一步寻求具备宽波段响应、高调制深度、低损耗、高热损伤阈值、高稳定性特点的可饱和吸收体,来实现光纤激光器的优化与革新。黑磷(Black Phosphorus,BP)等二维材料因其优良的可饱和吸收特性,已成功应用于锁模光纤激光器,成为被广泛关注的一个前沿方向。而黑磷本身易氧化不稳定的问题严重阻碍了其实际应用。本论文在系统研究二维材料锁模光纤激光器的基础上,着重针对这一瓶颈问题提出了对策和解决方案。对二维材料锁模的超快光纤激光器进行了理论分析和实验研究,详细介绍了基于黑磷和过渡金属硫化物可饱和吸收体的制备、表征、转移、非线性光学特性及其在超快激光中的应用。首先,分别搭建了基于黑磷纳米片和黑磷量子点(Black Phosphorus Quantum Dots,BPQDs)聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)薄膜的可饱和吸收体锁模光纤激光器。利用液相剥离法制备出黑磷纳米片,并且对黑磷纳米片的尺寸、形貌进行了表征分析。随后用光沉积法制作了基于此材料的可饱和吸收器件,并应用于工作在通信波段的光纤激光器,获得了超快激光的输出;此外,为解决黑磷材料在空气中不稳定、易氧化问题,本论文采用静电纺丝技术,将BPQDs包覆在PMMA纳米纤维薄膜中,制成透光率高、质地均匀的BPQDs/PMMA复合纳米纤维薄膜。我们将BPQDs/PMMA复合纳米纤维薄膜作为可饱和吸收体应用于被动锁模光纤激光器中,获得了中心波长为1567.6nm,脉宽为1.07 ps的超短脉冲,证明了这种复合材料表现出优异的非线性饱和吸收特性。并且,材料放置了叁个月之后仍可以实现锁模。充分验证了这种制备方法很大程度上克服了黑磷的氧化问题,从而提高了光纤激光器的稳定性。其次,本文采用矿化剂辅助气相相变法生长硒掺杂黑磷晶体。这种方法成本低、产出高、元素掺杂可控,且为实现黑磷光电性能的调控提供了有效途径。继而我们用液相剥离法得到了厚度约4 nm的硒掺杂黑磷纳米片。在此基础上,探索了掺杂后的黑磷光生载流子及传输性质。证明了硒掺杂黑磷纳米片比黑磷纳米片本身更容易达到饱和光强,且表现出优于黑磷本身的光学稳定性。基于前期的测试结果,我们用这种纳米片制成可饱和吸收体分别在负色散、近零色散区的光纤激光器中实现了锁模脉冲的稳定输出。最后,本论文首次系统的研究了基于类黑磷材料二硫化钛(Titanium Sulfide,TiS_2)的可饱和吸收特性。采用热注入的胶体合成方法制备出均匀六边形分布、高纯度的二硫化钛纳米片,这种合成方法可以有效地调控材料的厚度和尺寸,以满足不同的实验需求。在Z扫描系统中测量了材料的非线性可饱和吸收参量,证实了TiS_2具备从可见到中红外波段的可饱和吸收体特性。利用这一特性,我们制备了基于TiS_2纳米片的可饱和吸收器件。在光纤激光器中实现了中心波长为1569.5 nm,脉宽为1.04 ps的锁模输出,并在全光阈值系统中将脉冲的信噪比由1.9 dB优化至10.68 dB。结合TiS_2本身的电学优势,我们的工作为TiS_2在光电器件方面的应用拓展了空间。(本文来源于《深圳大学》期刊2018-06-30）
刘顺祥[6]（2018）在《基于新型二维材料可饱和吸收体超短脉冲光纤激光器研究》一文中研究指出超短脉冲光纤激光器具有小型化、高效率、环境适应性强、易于热管理、无需光路准直、便于产业化等优点,在工业、商业、科研和军事等众多领域具有十分广泛的应用。目前,实现超短脉冲的主要方式是基于半导体饱和吸收镜(SESAM)的被动锁模技术,但SESAM的制备需要昂贵复杂的外延生长技术和繁琐的后期处理过程,制作成本高,在光纤中使用不便捷。人们一直致力于探索新型可饱和吸收体来取代SESAM,探索新型可饱和吸收体是激光物理与激光技术的一项重要研究内容。论文主要针对飞秒光纤激光器目前面临的部分共同问题和难点问题展开研究,主要研究了新型二维材料可饱和吸收体的非线性光学特性,并将其用于研究超短脉冲光纤激光器。本文主要研究成果如下:1.通过利用二维材料石墨烯和黑磷得到了石墨烯-黑磷纳米异质结构(Graphene/phosphorene nanoheterojunction)的复合材料,比较纳米异质结构中黑磷和纯黑磷的拉曼光谱发现,石墨烯-黑磷纳米异质结构显着提高黑磷的稳定性,此方法提供了一种保护黑磷新技术手段。搭建了基于石墨烯-黑磷纳米异质结构的掺铒被动调Q光纤激光器,当泵浦功率从67m W增加到607m W时,调Q脉冲重复频率从22.45kHz增加到76.63kHz,对应的脉宽从5.99μs减小到3.28μs,单脉冲能量最大可达到267.5nJ。2.研究了基于石墨烯-黑磷纳米异质结构的掺铒被动锁模光纤激光器,研究结果表明,当泵浦功率为72m W时,可以获得稳定的锁模脉冲序列,激光器输出功率为2mW,脉冲宽度为820fs,重复频率为7.43MHz,中心波长为1529.92nm、3dB带宽为3.4nm;实验中,增加LD功率并适当的调节PC,可实现谐波锁模,最大重复频率为295.6MHz,对应的脉冲宽度为865fs,中心波长为1529nm、3dB带宽为4nm。通过调整石墨烯-黑磷纳米异质结可饱和吸收体浓度,在掺铒被动锁模光纤激光器中实现了脉冲宽度为148fs的锁模脉冲,对应的重复频率为7.5MHz,中心波长为1531nm、3dB带宽为19.4nm。3.采用z-scan技术研究了MXene Ti_3C_2T_x在800nm、1064nm、1550nm和1800nm波段的超宽带可饱和吸收特性。利用MXene Ti_3C_2T_x搭建了一套掺铒锁模光纤激光器,实现了飞秒量级的脉冲输出。当泵浦功率为238mW,获得输出功率为3mW,脉冲周期137.4ns,脉冲宽度为159fs,光谱宽度为22.2nm、中心波长为1555.01nm的稳定锁模激光脉冲。4.将MXene Ti_3C_2T_x应用到掺镱光纤激光器中,得到了稳定锁模的皮秒量级激光脉冲。当泵浦功率为482mW,输出功率为9m W,重复频率为18.96MHz,脉冲宽度为480ps,中心波长为1065.89nm,光谱宽度为4.4nm。(本文来源于《深圳大学》期刊2018-06-30）
林启蒙[7]（2018）在《1.5μm掺铒超短脉冲锁模光纤激光器的研究》一文中研究指出超快脉冲激光技术有许多应用,包括医学成像、空间测距、眼科学、太赫兹光谱、激光武器、材料微加工、精密计量等等,同时超短脉冲激光技术也是一个科研利器,对于人类认识自然界中的瞬态现象和过程等方面都发挥着巨大的作用。本文利用非线性偏振演化(Nonlinear Polarization Evolution,NPE)锁模机制对掺铒和铒镱共掺锁模光纤激光器进行了系统的研究,主要完成的工作如下所示:1、从基本理论出发,介绍了光纤中光波传导的基本方程,进而推导出非线性薛定谔方程;其次介绍了光纤的色散效应和非线性效应,讨论了对脉冲传导的影响。然后,介绍了锁模光纤激光器的锁模原理及其基本结构,讨论分析了锁模光纤激光器基本结构的特点,并仔细阐述了NPE锁模的基本结构和锁模原理。最后,对比分析了各类不同锁模机制的光纤激光器。2、基于非线性偏振演化锁模技术,开展了1.5μm掺铒单模锁模光纤激光实验研究。首先通过改变腔内偏振态,实现了重频为51.02 MHz,光谱半高全宽为39 nm,脉宽为2.57 ps,峰值功率为241.2 W的1558 nm传统孤子锁模输出;其次通过调整泵浦功率和腔内波片角度,实验上获得了稳定的束缚态锁模激光输出,并对其输出特性进行分析;在此基础上,利用不同色散补偿光纤对腔内光纤进行色散管理,在实验上获得了稳定的色散管理型孤子输出。3、基于非线性偏振演化锁模技术,开展了高功率Er/Yb共掺双包层锁模光纤激光器的实验研究。搭建了双包层光纤激光器,通过调整腔内色散和偏振态,获得了中心波长为1560 nm,基重频为11.34 MHz,光谱半高全宽为15 nm,脉宽为125.7 fs的类噪声锁模输出,在8 W泵浦功率下,高阶谐波类噪声脉冲重频为115 GHz,激光器最高输出功率为628 m W。(本文来源于《西北大学》期刊2018-06-01）
何广龙,徐莉,金亮,马晓辉,吴国盛[8]（2018）在《双SESAM被动锁模超短脉冲光纤激光器》一文中研究指出针对基于半导体可饱和吸收体(Semiconductor Saturable Absorber Mirror,SESAM)被动锁模光纤激光器脉冲底座宽和脉冲能量小的问题展开研究,设计了一种线型腔结构的双SESAM锁模超短脉冲光纤激光器。首先,通过增加SESAM个数的方式使得光脉冲在谐振腔中的一个振荡周期内多次经过可饱和吸收体,有效增加了可饱和吸收体对光脉冲前后沿的吸收,抑制了因泵浦功率过大而产生的调Q锁模效应,有助于压缩脉冲宽度、提高单脉冲能量,摆脱了因SESAM调制深度较低而对压缩脉冲宽度和提高单脉冲能量造成的限制。其次,通过在系统中引入一段正色散光纤,降低了因峰值功率过高而引起的非线性效应,进一步提高了脉冲能量。最后,在相同调制深度及饱和通量条件下,与单SESAM锁模相比,双SESAM锁模光纤激光器输出脉冲宽度由693 fs降低到449 fs,缩短了35.2%,脉冲能量由2.92 nJ提高到5.31 nJ,上升45%。(本文来源于《红外与激光工程》期刊2018年05期）
方潇[9]（2017）在《超快掺铒光纤激光器及新波段超短脉冲的孤子自频移产生》一文中研究指出近年来光纤激光器在许多领域得到了广泛的应用,而超快光纤激光器中的物理现象也得到了深入的研究。同时超快光纤激光器仍在进一步拓宽其应用领域,目前的研究热点主要包括提高超快光纤激光器的各项性能指标和实现性的波段。本文以非线性偏振旋转锁模技术与孤子自频移技术为基础,搭建了耗散孤子锁模光纤激光器,并利用锁模激光器产生的超短脉冲泵浦色散位移光纤,高效地产生了1.7μm超快激光脉冲,实现了可应用于生物医学或者在通信领域拓宽信道的超快激光器光源。围绕着这些技术进行了实验和理论工作。1.介绍了超快光纤激光器及相关技术的发展现状、研究热点和应用前景。2.在常规光纤的相关理论的基础上,分析了光纤中脉冲传输的模式理论及广义非线性薛定谔方程的推导。数值模拟了耗散孤子光纤激光器,并验证了我们的模型对于分析孤子自频移现象的可行性。3.介绍了通过锁模技术产生超短脉冲的原理以及光纤激光器中常的被动锁模方式,首先搭建并优化了用于产生新波段激光的泵浦光源锁模激光器。腔内净色散为正的锁模激光器能够输出稳定的大能量超短脉冲,脉冲的中心波长在1.6μm波段,脉冲宽度为95 fs。4.演示一种工作在1.70-1.74μm波段的飞秒脉冲光源,主要通过1.6μm的超快光纤激光器作为泵浦并利用了发生在常见商用色散位移光纤中的孤子自频移现象。激光器输出亚200 fs、0.7 nJ的激光脉冲,同时转换效率高于76%。不仅如此这个基于SSFS的激光光源是全光纤结构,还有着超短的脉宽。这些能让我们得到低成本和易维护的1.7μm激光光源,保证了它的应用推广。本文主要研究了基于非线性偏振旋转技术的超快掺铒光纤激光器,并通过孤子自频移产生了1.7μm波段的飞秒脉冲,有望应用于生物光学成像等领域。(本文来源于《上海交通大学》期刊2017-06-30）
李蒙蒙[10]（2017）在《超短脉冲掺镱光纤激光器及其调谐特性研究》一文中研究指出超短脉冲激光在光通讯、探测、诊断、工业加工、快速点火、雷达监测这些方面都具有实用价值。有许多不同的锁模方法均能获得这种脉冲宽度的激光,区分如:腔内加入调制器件的主动锁模方式、依靠腔内色散和非线性效应的被动锁模方式、前两种方式的结合、同步泵浦方式等。我们实验研究的基础是非线性偏振演化(NPE,nonlinear polarization evolution)锁模镱离子掺杂光纤环形光路。从理论和实验两方面对1 μm超短脉冲激光系统开展了研究,在此基础上在Sagnac环形镜内加入高双折射光纤和偏振控制器(PC,polarization controller)深入研究镱离子掺杂光纤激光器的调谐特性。本论文主要研究内容和具体结果如下:首先,对镱离子掺杂光纤产生激光的机制进行研究,从理论上对NPE锁模进行解释,为了抑制腔内噪声保证激光器的稳定运转,在谐振腔中加入双折射滤波片,达到非线性滤波平衡效果,实现超短脉冲激光的稳定输出。其次,在泵浦功率500 mW时实现平均功率大于139 mW,重复频率28.1 MHz,脉冲宽度3.8 ps,中心波长1028 nm,3 dB光谱带宽13.8 nnm的超短脉冲激光输出。考虑到增加谐振腔内单模光纤长度可以有效增强拉曼散射效应,从而可以实现较宽光谱的激光输出。所以在稳定锁模的基础上我们通过增加腔内单模光纤长度以及去除双折射滤光片来研究宽光谱锁模激光。我们实验上获得最大平均功率为90 mW,重复频率为3.58 MHz,脉冲宽度为519 ps,光谱覆盖1005-1140 nm的稳定锁模激光输出。最后,基于Sagnac环形镜的光谱调谐特性,通过调节PC,实现了1 μm波段可调谐超短脉冲光纤激光锁模输出,重复频率为18 MHz、脉宽小于11.4 ps、中心波长为1035 nm、调谐范围可达15 nm。(本文来源于《西北大学》期刊2017-06-01）
超短脉冲激光器论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
相比于其他类型激光器,光纤激光器因其结构紧凑、价格低廉、无需冷却等优点成为了未来激光器的主要发展方向,甚至有可能取代固体激光器等传统激光器成为世界主流激光器类型。目前,随着全正色散光纤激光器等新型光纤激光器的研制成功,光纤激光器在最终输出脉冲能量方面已经和固体激光器相当。然而,受限于输出脉冲宽度的研究瓶颈,使得如何压缩光纤激光器输出脉冲宽度成为了当前研究热点。被动锁模技术是产生超短脉冲的主要技术手段之一,通过被动锁模技术可以有效地实现飞秒量级脉冲输出。本文主要围绕被动锁模光纤激光器中产生超短脉冲展开研究工作,通过理论建模与实验相结合的方法对被动锁模光纤激光器中产生的孤子类型进行分析,重点研究了可饱和吸收体参数对被动锁模光纤激光器输出脉冲特性的影响,设计并实现了高性能可调谐波长自相似光纤激光器,高脉冲能量Mamyshev光纤激光器,并通过自行优化设计的Mamyshev光纤激光器得到了目前为止光纤激光器中脉冲宽度最短、光谱最宽的脉冲输出。本论文的理论与实验研究对光纤激光器在产生高能量以及超短脉冲方面具有重要的科学研究意义与实际应用价值。本文的主要研究内容如下:1.通过数学建模对全正色散光纤激光器输出孤子分子的动态特性进行研究。由于腔内过高的非线性效应导致脉冲在最终输出时由单个孤子分裂成孤子分子形式,随着泵浦功率的持续提高,孤子分子并没有直接分裂成叁孤子,而是通过一系列的自适应过程阻止其自身分裂,实验证明孤子分子可以承受较高非线性效应,并在自适应调整后,孤子分子中的两个孤子保持着同样的孤子特性继续传播。2.对基于黑磷为可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器进行建模与仿真分析,通过与石墨烯、过渡金属硫化物、拓扑绝缘体等其他二维材料为可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器进行对比分析,发现以黑磷为可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器在脉冲输出特性上(形成脉冲所需时间、脉冲宽度、脉冲峰值功率等方面)要好于其他类型二维材料为可饱和吸收体的被动锁模光纤激光器,证明了黑磷是目前为止二维材料中较为理想的可饱和吸收体材料。然后对可饱和吸收体模型进行深入研究,通过数值模拟发现调制深度、非饱和吸收系数以及饱和能量都会影响最终输出脉冲特性,并得出结论:较高调制深度和较低非饱和吸收系数可以获得高能量超短脉冲。通过上述研究可为制造高性能可饱和吸收体提供理论支持和技术指导。3.对自相似光纤激光器进行具体数值模型构建与实验研究,通过求解自相似光纤激光器模型对腔内动态变换过程进行更加深入的分析,并在实验室构建了基于掺镱光纤的自相似光纤激光器,得到了5.8 n J,83 fs的脉冲输出。实验过程中发现通过旋转光谱滤波器角度可以很好实现调谐脉冲中心波长的功能,因此对自相似光纤激光器是否存在可调谐性进行深入研究,在实验中成功实现了70 nm(1030-1100 nm)的可调谐波长范围,输出脉冲宽度约为116 fs,脉冲能量为4 n J的脉冲,通过适当调整非线性偏振旋转器件,得到另一组脉冲宽度小于100 fs的70 nm可调谐波长范围脉冲,据作者所知,这是第一次在掺镱光纤激光器中得到脉冲宽度小于100 fs的可调谐光纤激光器,证明了自相似光纤激光器是具有可调谐能力的高性能光纤脉冲激光器。4.对新型超短脉冲光纤激光器——Mamyshev光纤激光器进行了重点研究,Mamyshev光纤激光器是目前为止输出脉冲能量最高的光纤激光器,通过构建Mamyshev光纤激光器得到了60 fs,30 n J的脉冲输出。之后在Mamyshev光纤激光器原有基础上引入去啁啾平台和具有高非线性效应光子晶体光纤,通过增益光纤内自相似演化特性和极高调制深度维持腔内稳定,最终得到脉冲宽度为17 fs,光谱宽度为394 nm的脉冲输出,并通过仿真验证了实验的准确性。据作者所知,这是目前为止所有光纤激光器中输出脉冲最短、光谱最宽的光纤激光器,为人们研究极限超短脉冲提供新的研究思路与技术手段。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
超短脉冲激光器论文参考文献
[1].李志明,田梦,王子璇,王晓妍,申利民.超短脉冲激光器加工工艺参数自适应及其生效技术[J].计算机集成制造系统.2019
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