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单纵模脉冲光纤激光器及在中红外光纤光学参量振荡器中的应用

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摘要

1绪论

1.1单纵模连续光光纤激光器概述

1.2单纵模脉冲光光纤激光器概述

1.3中红外光纤光学参量产生及振荡器概述

1.3.1基于二氧化硅光纤的中红外光参量产生及振荡器

1.3.2基于硫化物光纤的中红外光参量产生及振荡

1.4论文主要内容和创新点

1.4.1主要内容

1.4.2创新点

2基于可饱和吸收体的可调谐单纵模掺镱光纤激光器

2.1镱离子发光特性

2.2饱和吸收体工作原理

2.3采用光纤型Lyot滤波器的可调谐单纵模掺镱光纤激光器

2.3.1光纤型Lyot滤波器的原理

2.3.2激光器结构与工作原理

2.3.3激光器输出特性

2.4采用光纤光栅的可调谐单纵模掺镱光纤激光器

2.4.1激光器结构与工作原理

2.4.2激光器输出特性

2.5本章小结

3.MOPA单纵模脉冲掺镱光纤激光器

3.1注入锁定调Q的原理

3.1.1注入锁定的最小注入功率与锁定带宽

3.2注入锁定调Q的单纵模脉冲掺镱光纤激光器

3.2.1无滤波器件时注入锁定调Q激光器

3.2.2 FBG作为滤波器件时注入锁定调Q激光器

3.3 MOPA单纵模脉冲掺镱光纤激光器

3.4本章小结

4.单纵模脉冲激光器在中红外光纤光学参量振荡器中的应用

4.1光纤中的大频移简并四波混频理论

4.1.1泵浦光线宽的影响

4.1.2轴向光纤零色散点波长波动的影响

4.2基于二氧化硅光子晶体光纤LMA8的中红外光学参量产生

4.3基于三孔悬芯硫化物光纤的中红外光纤光学参量振荡器

4.3.1硫化物光纤结构设计及模式分析

4.3.2基于硫化物光纤的中红外光纤光学参量振荡器性能分析

4.3.3硫化物光纤泵浦光的耦合

4.4本章小结

5.总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果

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摘要

单纵模脉冲由于兼具窄线宽和高峰值功率的特点,在激光雷达、非线性频率转换、遥感等领域具有广泛的应用。同时,中红外激光因其巨大的应用前景一直受到广泛的关注,以单纵模脉冲光纤激光器作为泵浦源,通过光纤光参量振荡器产生中红外波段的可调光源是一条切实可行的途径。 本文以单纵模连续光光纤激光器为基础,利用注入锁定技术获得单纵模脉冲激光并对其进行功率放大,通过分析大频移的简并四波混频理论,发现单纵模脉冲光纤激光器可以满足中红外光纤光学参量产生及光学参量振荡器对泵浦光的要求,并在此基础上设计了一种适用于中红外光纤光学参量振荡器的硫化物三孔悬芯光纤,针对基于该光纤的中红外光纤光学参量振荡器进行了仿真建模并分析其性能。论文的具体内容如下: 本文通过在掺镱光纤激光器中结合光纤型Lyot滤波器与饱和吸收体的结构,实现了在1045-1076nm的31nm调谐范围内单纵模激光输出,利用延时自外差法测得激光线宽为3.6kHz;实验研究了采用光纤光栅的可调谐单纵模掺镱光纤激光器,其调谐范围为3nm,但工作稳定,激光线宽为2.6kHz,且输出稳定。 以采用光纤光栅的单纵模掺镱光纤激光器作为种子注入主动调Q激光器,通过注入锁定实现了单纵模脉冲输出。再利用多级放大器结构,通过逐级优化各级放大器的参数,减小受激布里渊散射的影响并保持对ASE噪声的抑制,放大后得到了重频1kHz、脉宽349ns、峰值功率252.7W、信噪比>20dB、线宽<0.03nm的单纵模脉冲输出。 基于大频移简并四波混频的理论,以光子晶体光纤LMA8为例,模拟分析了中红外光纤光学参量产生及振荡对泵浦光的线宽、峰值功率、脉宽等参数的要求。说明了所搭建的单纵模脉冲激光器作为中红外光纤光学参量振荡器泵浦光源的可行性。按照光纤光学参量振荡的性能要求,设计了三孔悬芯硫化物光纤结构,通过色散调控使其可由单纵模脉冲掺铥光纤激光器泵浦以产生2-5μm的中红外激光,建立了光纤光参量振荡器的仿真模型,分析了所设计的基于三孔悬芯硫化物光纤的中红外光纤光参量振荡器的性能,发现其具有低至0.21W的泵浦闽值功率,以及高达19%的转换效率。

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