非线性偏振旋转型超短脉冲及多波长光纤激光器.pdf

非线性偏振旋转型超短脉冲及多波长光纤激光器湖南大学博士学位论文童些刍整;进篡扭廛旦撞苤学校代号:学密级:普通学位申请人姓名:徐慧文论文答辩日期:年日号:
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作者虢钰箜文日期:∥埤铝留日日期:拗睥如寥曰日期:洌砗/月吕湖南大学学位论文原创性声明学位论文版权使用授权书本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于⒈C芸冢凇!D杲饷芎笫视帽臼谌ㄊ椤朐谝陨舷嘤Ψ娇蚰诖颉”法律后果由本人承担。⒉槐C芡拧作者签名:导师签名:
摘要低损光纤制备技术的进步推动了光纤激光技术的高速发展。世纪年代,一种利用光纤作为波导介质、利用光纤的非线性偏振旋转特性产生可饱和吸收效应的新型光纤锁模激光器一非线性偏振旋转型锁模光纤激光器诞生了。光纤传输、新型锁模技术的特性以及相比于传统固体激光器极小的体积和较低的成本,使此激光器在近年中吸引了大量的注意力,并取得了长足发展。如今,通过合理的设计,偏振旋转型光纤激光器在超短脉冲宽度、脉冲峰值功率、单脉冲能量、脉冲重复率等各项技术指标上都在快速逼近传统固体激光器,在通信、传感、生物、医疗、工业制造等领域显示出了巨大的潜能。因此,开展对锁模光纤激光器的研究有重要的应用价值。另一方面,研究光纤锁模激光器对推动非线性光纤光学基础研究的发展有显著作用。激光谐振腔的反馈作用使腔内光场具有远高于腔外光场的功率水平,因此腔内光场更容易达到多种光纤非线性效应的阈值条件,使得这些非线性现象在激光腔中更容易发生,因此便于对它们进一步的研究。至今,多种孤子现象的理论预言在此激光器中得到了验证,在此激光器中还观测到很多有趣的其它非线性现象,如低阈值超连续谱产生。可见,开展对此锁模光纤激光器的研究,有推动学科发展和应用进步的双重意义。由于色散、非线性以及偏振效应的影响,光在激光器的波导介质一光纤中的传输特性非常丰富。加上激光腔作用的共同影响,使对于此激光器的分析十分复杂。目前,并无描述激光腔内的光场传输精确解析解,数值方法是模拟激光器运转的主要手段。因此,建立合适的分析模型,对深入理解激光器的工作原理,和进一步优化激光器的性能,有至关重要的作用。本论文利用激光腔传输的近似解总结出一种图形分析方法。通过验证,我们发现此方法可以快捷地对激光器现象进行分析,并找到其物理起源。以此方法为基础结合数值模拟方法,我们对激光器的脉冲宽度与工作波长的可调谐性进行了总结和分析,并随后设计出常温下稳定工作的双波长及多波长激光器。具体取得的主要科研成果如下:第一,求解出激光腔内透射系数的近似解,以此近似解总结出关于透射系数的图形分析方法,并以此方法验证性地解释了多种激光器特性的物理起源,如泵浦时滞效应。区别于传统固体激光器利用克尔透镜或可饱和吸收效应锁模,非线性偏振旋转激光器是依赖于光在光纤中传输过程中的偏振旋转对光强的不均匀性来实现锁模的一种技术。由于工作机制的复杂性,目前缺乏简单而有效的方法来分析此激光器各种激光现象的物理机制。因此,建立合适的分析模型,对理解激光器的工作原理和对其进行优化设计显得十分重要。由于光纤传输的复杂性使激
光振荡不能解析表示,为了得到近似解,我们分步考虑光在光纤中传输过程中的色散及非线性因素。首先,通过忽略光纤色散,我们可以结合光纤传输过程与激光腔的反馈作用进行分析,从而得到了激光腔的透射率曲线。此时,光纤色散的影响和激光器控制元件的影响均可以对应于激光器状态在曲线上的游走。由于此方向从简单的图形分析就可以描绘激光器的工作原理,我们称之为图形分析方法。此方法同时考虑到了光纤传输、腔体及控制器件的共同影响,因此可以快捷而精确地分析在激光器各种工作状态的物理机制,并可依据分析结果对激光器优化设计。用此方法,我们对一些激光器中的现象进行了分析,发现可以快速得到和前人用较复杂的方法类似的分析结果,从而证实了它的有效性。第二,研究了此激光器输出脉冲形状的可调谐性,分析了可调谐性产生的原因,和主要影响激光器锁模峰值功率及脉宽的因素。脉冲可调谐性是激光器在多种实际应用中的重要指标。我们在实验中发现偏振旋转光纤激光器在进入锁模状态之后,其输出脉冲的形状可以简单地通过调节腔内的偏振控制器进行调节。数值模拟同样证明:当偏振控制器引入的线