检索结果-南通市图书馆

作者：罗木林湘潭大学

学位级别：硕士

近年来,随着激光技术的不断发展以及在国防、工业、医疗等领域的广泛应用,中红外激光已经成为国内外的研究热点。而光纤激光器因为输出的激光光束质量好且具有转化效率高、散热性能好、输出波长调谐范围大等优良特性,已成为激光器领域... 详细信息

近年来,随着激光技术的不断发展以及在国防、工业、医疗等领域的广泛应用,中红外激光已经成为国内外的研究热点。而光纤激光器因为输出的激光光束质量好且具有转化效率高、散热性能好、输出波长调谐范围大等优良特性,已成为激光器领域的一个重要研究方向。本文以掺铒氟化物光纤激光器为研究对象,在获得3μm波段中红外脉冲激光方面开展了一些研究工作。研究内容包括以下三个部分:(1)基于商用的半导体可饱和吸收镜(SESAM)实现了掺铒氟化物光纤激光器稳定的调Q脉冲输出,激光器输出波长为2779 nm。当泵浦功率从0.53 W增加至6.7 W,激光器输出功率准线性地从5 m W增加至487 m W;相应的,重复频率从26.3 k Hz增加至150 k Hz,而脉冲宽度则从2.472μs减小至410 ns;激光器的最大单脉冲能量为3.6μJ。其次,基于喷墨印刷技术自制了MXene(TiCT)可饱和吸收镜,并基于其获得了与基于商用SESAM被动调Q掺铒氟化物光纤激光器输出性能相当的指标。激光器输出的最大功率为227 m W,最窄脉冲宽度为640 ns,最大单脉冲能量为1.85μJ。(2)基于非线性偏振旋转(NPR)锁模技术实现了掺铒氟化物光纤激光器非常稳定的锁模运转。激光器输出的最大功率为358 m W,最窄脉冲宽度为243 fs,脉冲的重复频率和最大单脉冲能量分别为43.2 MHz和7 n J,峰值功率达30 k W,实验测得激光信噪比高达78 d B,说明激光器工作在非常稳定的锁模状态。当泵浦功率为2.6 W时,通过调节波片获得了二次谐波和三次谐波锁模脉冲输出,且测得二次谐波锁模运转状态下激光器的输出脉冲脉宽为209 fs。(3)在上述基于NPR锁模掺铒氟化物光纤激光器的基础上,在腔内插入衍射光栅,实现了锁模激光器波长宽范围的调谐输出。激光器输出波长调谐范围为2720 nm～2802 nm,最短脉冲持续时间为5.3 ps,最大的单脉冲能量和脉冲峰值功率分别为6.4 n J和1.2 k W。

关键词：中红外被动调Q 被动锁模波长可调谐

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人工微结构材料平板透镜设计及光学特性研究

人工微结构材料平板透镜设计及光学特性研究

作者：梁胜男湘潭大学

学位级别：硕士

随着人类文明的发展与科学的进步,人们对体积轻薄、性能优越的便携式或易穿戴的光学设备或系统的需求与日俱增,这大大提升了对光学平面元件的要求。然而,基于衍射光学和薄膜光学的平面元件其功能有限、单一且难以集成,难以满足应用需求... 详细信息

随着人类文明的发展与科学的进步,人们对体积轻薄、性能优越的便携式或易穿戴的光学设备或系统的需求与日俱增,这大大提升了对光学平面元件的要求。然而,基于衍射光学和薄膜光学的平面元件其功能有限、单一且难以集成,难以满足应用需求。人工微结构材料平板透镜因具有可在微纳尺寸控制光束传输的特点,已成为微纳光学的研究热点。目前有关人工微结构材料平板透镜的研究主要围绕聚焦或成像质量进行优化,其尺寸或性能往往难以满足在无损检测、复杂光波调控等方面的应用。本文针对人工微结构材料平板透镜的应用需求和目前该类平板透镜难以满足无损检测等特殊领域的应用的矛盾,在人工微结构平板透镜设计及光学特性方面开展了一些研究工作,主要工作如下:1.设计了一种大物距超分辨率平板透镜并研究了其成像特性。首先,利用负折射理论研究了梯度等效介质(GEM)平板透镜的成像,研究结果表明GEM平板透镜能突破物距限制。然后,基于对GEM成像特性的分析,我们通过等频面理论设计了一种梯度光子晶体(GPC)平板透镜。该GPC平板透镜能在2d到5d物距范围内突破衍射极限,实现超分辨率成像,5d物距下分辨率可达0.4λ。此外,该平板透镜还具有像点尺寸(半高全宽)不随物距的增加而增大且能实现离轴点光源大物距成像等特性。该研究结果能为构建大物距、小尺寸平板透镜提供有价值的参考,在光学集成器件方面有重要的应用前景。2.基于广义斯奈尔定律设计了一种双层超表面平板透镜。通过使两个超表面的相位延迟相互关联,实现了双层超表面平板透镜的光非对称传输和聚焦。考虑到右侧超表面的中间区域未能参与聚焦、参与聚焦的光波的成分较少、所实现的光非对称聚焦旁瓣较大等问题,我们对双层超表面平板透镜设计进行了优化。优化后的双层超表面平板透镜在保证非对称传输的同时可实现近无旁辨亚波长聚焦。而且,该特性在宽频带范围有效。研究结果在光学微纳加工、量子通信、光学微操纵以及显微成像等领域具有极其重要的应用前景。

关键词：平板透镜光子晶体超表面超分辨成像亚波长聚焦

被动锁模自相似掺铒氟化物光纤激光器理论研究

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被动锁模自相似掺铒氟化物光纤激光器理论研究

作者：曾广民湘潭大学

学位级别：硕士

中红外2.8μm波段超短脉冲激光在精密加工、生物医疗、科学研究、国防等领域具有极其重要的应用。目前,2.8μm波段超短脉冲激光主要基于传统锁模技术实现,然而,传统孤子锁模光纤激光器可承受的最大非线性相移为π,过度的非线性相移会导... 详细信息

中红外2.8μm波段超短脉冲激光在精密加工、生物医疗、科学研究、国防等领域具有极其重要的应用。目前,2.8μm波段超短脉冲激光主要基于传统锁模技术实现,然而,传统孤子锁模光纤激光器可承受的最大非线性相移为π,过度的非线性相移会导致脉冲不稳定甚至分裂,同时也限制了脉冲能量。相比之下,自相似锁模光纤激光器可承受高达10π的非线性相移,在获得高能量锁模脉冲激光方面极具潜力。本文以锗棒作为色散补偿器件,分别建立了基于非线性偏振旋转（NPR）和可饱和吸收体（SA）的自相似锁模掺铒氟化物光纤激光器数值模型,并研究了相关参数对激光器锁模脉冲输出特性的影响,研究结果可为实验上获得2.8μm波段高能量自相似锁模脉冲激光提供重要的参考和借鉴。本文具体工作内容如下:（1）2.8μm被动锁模自相似掺铒氟化物光纤激光器理论模型的建立。基于麦克斯韦方程,推导了描述腔内脉冲传输演化的数值方程—耦合的非线性薛定谔方程,介绍了对称分步傅里叶法求解该方程的原理,随后建立了两种锁模方式下的自相似掺铒氟化物光纤激光器数值研究模型,并依次阐述了NPR、SA锁模原理。（2）NPR锁模的自相似掺铒氟化物光纤激光器数值研究。使用锗棒作为色散补偿器件,在腔内净色散为0.0067 ps时,激光器输出典型的抛物线脉冲,其脉宽为6.64 ps、峰值功率为114.9 W、脉冲能量为0.76 n J、3d B光谱宽度为74.8 nm。随后研究了腔内净色散、增益光纤小信号增益、增益饱和能量、线性相位偏置等参数对锁模脉冲输出特性的影响。数值研究结果表明,在腔内净色散值、线性相位偏置设置合适的情况下,增益光纤小信号增益系数越大、增益饱和能量越高,越有利于获得高峰值功率、高能量的自相似锁模脉冲。（3）SA锁模的自相似掺铒氟化物光纤激光器数值研究。通过调整锗棒长度以控制激光器腔内净色散值,在腔内净色散为0.03 ps时,激光器输出了脉宽为19.7ps,峰值功率为630 W,脉冲能量为12.4 n J,3d B光谱宽度为16 nm的抛物线脉冲。此外,为进一步优化激光器输出特性,分析了脉冲在腔内的产生及演化过程。研究了增益光纤的小信号增益系数、增益饱和能量以及SA的调制深度、饱和功率对激光器锁模脉冲输出特性的影响。研究结果表明:在可获得自相似锁模脉冲的合理范围内,增益光纤的小信号增益系数越大、增益饱和能量越高,越有利于获得高峰值功率、高脉冲能量的自相似锁模脉冲;而SA的调制深度越大、饱和功率越高,则越有利于获得高峰值功率、窄脉宽的自相似锁模脉冲。

关键词：中红外被动锁模氟化物光纤激光器自相似抛物线脉冲

艾里高斯脉冲在光子晶体光纤中的传输演化特性研究

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艾里高斯脉冲在光子晶体光纤中的传输演化特性研究

作者：彭怀宇湘潭大学

学位级别：硕士

艾里高斯脉冲作为一种新型的光学脉冲已经成为研究热点。相比于高斯脉冲，艾里高斯脉冲具有有限能量，能够进行无衍射传输，并且在光纤中传输一段距离后恢复自身能量，不会因自身能量损耗而导致脉冲传输不稳定。同时，艾里高斯脉冲具有... 详细信息

艾里高斯脉冲作为一种新型的光学脉冲已经成为研究热点。相比于高斯脉冲，艾里高斯脉冲具有有限能量，能够进行无衍射传输，并且在光纤中传输一段距离后恢复自身能量，不会因自身能量损耗而导致脉冲传输不稳定。同时，艾里高斯脉冲具有自加速特性，其传输轨迹会发生横向弯曲，能巧妙地避开障碍物,传输到指定位置。这些特性使得该类脉冲在光学通信、光学微操作、光学器件等诸多领域有着重要的应用价值和发展前景。艾里高斯脉冲作为广义的艾里脉冲，它可以看作是有限能量的艾里脉冲通过高斯光栅所形成的。并且，艾里高斯脉冲具有可调参数分布因子，使其能在艾里脉冲和高斯脉冲间相互调节，同时艾里高斯脉冲能兼具艾里脉冲和高斯脉冲的特性。目前，有关艾里高斯脉冲在光纤中的传输演化还缺乏系统的研究，阐明其传输演化特性及规律具有重要意义。本文对艾里高斯脉冲在光子晶体光纤(photoniccrystalfiber,PCF)中的传输演化特性进行了数值研究，具体研究内容如下:　　(1)建立艾里高斯脉冲在双零色散点光子晶体光纤中传输演化的理论模型并研究了其传输演化特性。首先，忽略高阶非线性效应，研究了初始脉冲参数对艾里高斯脉冲传输演化特性的影响。研究结果表明，具有较小截断系数和分布因子以及初始正啁啾的艾里高斯脉冲有利于产生更宽的超连续谱。其次，研究了受激拉曼散射(stimulatedRamanscattering,SRS)以及自陡(self-steepening,SS)效应两种高阶非线性效应对艾里高斯脉冲传输演化特性的影响。研究发现，当初始脉冲的分布因子较小(x0=0.1)时，SRS效应将极大展宽输出光谱，同时也会导致输出光谱产生明显的坍塌，这种坍塌现象可以通过SS效应在一定程度上缓解，从而提高光谱的平坦性，但是SS效应也会导致光谱宽度变窄。　　(2)数值研究束缚态双艾里高斯脉冲在光子晶体光纤中的传输演化特性。研究结果发现:束缚态双艾里高斯脉冲中的子脉冲更容易与色散波、旁瓣以及其余子脉冲发生相互作用，产生更多频率分量，从而输出更宽的超连续谱;在SRS和SS效应共同作用下，光谱中存在两个明显的红移分量，这能够弥补由SRS效应导致的光谱坍塌，提高输出光谱的平坦性。此外，还研究了子脉冲的相位差和时间间隔对脉冲传输演化特性的影响。研究结果表明，当子脉冲间隔为0.05ps和相位差为π时，此时产生的光谱最宽。

关键词：光子晶体光纤艾里高斯脉冲双零色散波长超连续谱

冷暖色调可调的VO2基智能窗薄膜的制备与光学性能研究

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冷暖色调可调的VO2基智能窗薄膜的制备与光学性能研究

作者：余希涛湘潭大学

学位级别：硕士

二氧化钒(VO)作为一种过渡金属氧化物,其VO(M/R)在68℃附近能发生可逆转变,同时伴随着优异的近红外波段调节特性,使得它成为智能窗材料领域的研究热门。然而将其应用于智能窗上时,存在相变温度过高、太阳能调节率过低以及制备成薄膜后... 详细信息

二氧化钒(VO)作为一种过渡金属氧化物,其VO(M/R)在68℃附近能发生可逆转变,同时伴随着优异的近红外波段调节特性,使得它成为智能窗材料领域的研究热门。然而将其应用于智能窗上时,存在相变温度过高、太阳能调节率过低以及制备成薄膜后颜色呈现黄色等问题。基于此,本文分别采用W-Fe和W-Mn共掺杂制备了低相变温度VO粉体,并研究了掺杂元素对合成M相VO的影响,进一步将热致变色微胶囊与VO粉体复合制备成薄膜,以提高其太阳能调节率并进行颜色调控。本文主要研究工作如下:(1)VO薄膜的表征与光学性能研究。采用一步水热法成功制备了M相VO粉体,探讨了钒源、反应时间和前驱物比例等对M相VO制备的影响,并用XRD、SEM、XPS和DSC等方法对粉体进行了表征。进一步研究了掺杂元素对相变温度以及合成M相VO的影响。在此基础上,采用刮涂法制备了VO薄膜,并对薄膜进行了表征与光学性能测试。研究结果表明:以偏钒酸铵为钒源时,制备的M相VO相对较纯,并减小了时间成本;在掺杂改性研究过程中,发现1 at.%W/1at.%Fe共掺杂不仅能降低粉体的相变温度,还能促进A相VO转化为M相VO;VO薄膜的光学特性与VO的添加量和薄膜的厚度有关,当添加量为3%,薄膜厚度为500μm时,能保证可视透过率在60%以上时,太阳能调节率达到13.38%。(2)冷暖色调可调的VO薄膜的表征与光学性能研究。将VO与热致变色微胶囊复合制备得到了冷暖色调可调的高太阳能调制效率VO复合薄膜,并深入研究了薄膜厚度以及热致变色微胶囊种类等对复合薄膜光学性能的影响。结果表明:三种厚度的黄变绿复合薄膜均能实现冷暖色调可调,且黄变绿复合薄膜厚度为250μm时,太阳能调节率可提升至15.95%;而黄变蓝复合薄膜厚度为250μm时,在保持可见光透过率为70%的情况下,能将太阳能调节率提升至5.96%,为单一VO薄膜的3倍。这些结果说明冷暖色调的智能窗薄膜能大幅提高太阳能调节率,在智能窗领域具有重要的应用价值。

关键词： VO2 热致变色微胶囊复合薄膜冷暖色调光学性能

中红外被动锁模的掺镝氟化物光纤激光器数值研究

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中红外被动锁模的掺镝氟化物光纤激光器数值研究

作者：李国泷湘潭大学

学位级别：硕士

3μm波段中红外超快激光在环境监测、生物医疗、分子光谱学、材料加工、国防空间光电对抗等领域具有极其重要的应用价值和发展前景。近年来，随着稀土掺杂技术与中红外器件的发展，中红外掺铒、钬或镝离子的光纤激光器获得了越来越多的... 详细信息

3μm波段中红外超快激光在环境监测、生物医疗、分子光谱学、材料加工、国防空间光电对抗等领域具有极其重要的应用价值和发展前景。近年来，随着稀土掺杂技术与中红外器件的发展，中红外掺铒、钬或镝离子的光纤激光器获得了越来越多的关注，并成为了中红外激光研究的热点领域。与掺铒和掺钬氟化物光纤相比，掺镝氟化物光纤具有更宽的发射光谱，在获得亚百飞秒脉冲激光方面具有极大的潜力。目前,科研人员基于可饱和吸收体(SA)以及非线性偏振旋转(NPR)锁模技术研究了掺镝氟化物超快光纤激光器的输出特性，其输出脉冲宽度远没有达到掺镝氟化物光纤增益带宽所对应的傅里叶变换极限脉冲宽度。本论文针对SA以及NPR锁模技术难以实现掺镝氟化物光纤激光器亚百飞秒输出的问题，数值研究了被动锁模的掺镝氟化物光纤激光器输出特性，并基于混合锁模技术获得了亚百飞秒的中红外脉冲激光，研究结果可为实验产生亚百飞秒中红外光纤激光提供重要的参考和借鉴。论文具体研究工作如下:　　(1)建立被动锁模掺镝氟化物光纤激光器数值模型并研究其输出特性。首先,基于光脉冲在光纤中传输的耦合金兹堡-朗道方程以及非线性透过率方程、可饱和吸收方程，建立了NPR、SA锁模的掺镝氟化物光纤激光器理论模型。随后，基于建立的理论模型，分别数值研究了半导体可饱和吸收镜(SESAM)、NPR以及SESAM和NPR混合锁模的掺镝氟化物光纤激光器输出特性。相同增益光纤长度下，SESAM、NPR、SESAM和NPR混合锁模的掺镝氟化物光纤激光器输出的最窄脉冲宽度分别为1.22ps、1.01ps和542fs。结果表明，混合锁模技术有利于获得脉冲宽度更窄的锁模脉冲。　　(2)数值研究了色散管理下混合锁模的掺镝氟化物光纤激光器输出特性。通过色散管理，使混合锁模的掺镝氟化光纤激光器运行在“呼吸孤子”状态下，在腔内净色散为0.0015ps2时，获得了脉冲宽度为94fs，时间带宽积(TBP)为0.333,呼吸比为59的超短脉冲。其次，论文也对腔内呼吸孤子的演化过程进行详细研究。此外，详细研究了增益光纤的小信号增益和增益饱和能量、SESAM的调制深度、腔内净色散等对激光输出特性的影响规律，通过优化相关参数，获得了脉冲宽度为85fs,TBP为0.324的近傅里叶变换极限超短脉冲。

关键词：光纤激光器被动锁模氟化物光纤色散管理

同带泵浦的1.617μm波长Er:YAG主、被动调Q激光器

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同带泵浦的1.617μm波长Er:YAG主、被动调Q激光器

作者：张富斌湘潭大学

学位级别：硕士

位于“人眼安全”波段的1.617μm高能量调Q脉冲激光在激光测距、远程遥感、激光雷达和中红外激光的产生等领域具有广泛的应用价值和发展前景。目前,通过半导体激光二极管(LD)同带泵浦Er:YAG晶体是高效获得1.617μm波长激光最有效的方式... 详细信息

位于“人眼安全”波段的1.617μm高能量调Q脉冲激光在激光测距、远程遥感、激光雷达和中红外激光的产生等领域具有广泛的应用价值和发展前景。目前,通过半导体激光二极管(LD)同带泵浦Er:YAG晶体是高效获得1.617μm波长激光最有效的方式之一。本论文分别基于主动调Q和被动调Q两种方法对1.617μm波长的脉冲激光进行实验研究。实验利用1532 nm LD作为同带泵浦源,获得了高效率、高能量和窄脉宽的1.617μm波长的稳定脉冲激光输出。主要内容包括:(1)采用1532 nm LD作为同带泵浦源,实现了基于加压式磷酸钛氧铷(RTP)电光调Q的1.617μm波长Er:YAG脉冲激光的输出。实验上,研究了100 Hz、500 Hz、1 kHz和2 kHz重复频率下Er:YAG调Q激光器输出脉冲宽度随入射泵浦功率的变化关系。随着泵浦功率的增加,激光器的脉宽大体成变窄的趋势,实验获得的最窄脉冲宽度约为70 ns。相应地,输出脉冲能量随泵浦功率的增加而增大,实验获得的最大脉冲能量约为4.7 mJ。(2)采用1532 nm LD作为同带泵浦源,实现了基于Cr:ZnSe晶体被动调Q的1.617μm波长Er:YAG脉冲激光的输出。实验首先对Cr:ZnSe的可饱和吸收参数进行了测量。测量结果表明Cr:ZnSe晶体在1.617μm波长处具有优异的可饱和吸收性能。然后研究了输出耦合镜透过率为10%和20%两种情况下的激光器的输出特性。当输出耦合镜透过率为20%时,激光器工作波长位于1.617μm。实验获得的最大脉冲重复频率、最大脉冲能量和最窄脉冲宽度分别为1.656 kHz、0.3 mJ和330 ns。脉冲间抖动小于2%,表明激光器工作在稳定的调Q状态。

关键词：同带泵浦 Er:YAG激光器主动调Q 被动调Q

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基于高非线性光纤产生超连续谱的数值研究

基于高非线性光纤产生超连续谱的数值研究

作者：李严湘潭大学

学位级别：硕士

超连续谱因具有高亮度、宽频谱、稳定性好和价格便宜等优点,在光谱分析、高精度光学频率测量、光纤通信以及白光光源等方面具有极其重要的应用价值和发展前景。和传统的石英光纤相比,硫化物光纤和光子晶体光纤因具有高非线性系数和极高... 详细信息

超连续谱因具有高亮度、宽频谱、稳定性好和价格便宜等优点,在光谱分析、高精度光学频率测量、光纤通信以及白光光源等方面具有极其重要的应用价值和发展前景。和传统的石英光纤相比,硫化物光纤和光子晶体光纤因具有高非线性系数和极高的红外透过率等特点而受到越来越广泛的关注,基于其产生超连续谱是当前研究的热点。本文分别基于硫化物光纤和光子晶体光纤在超连续谱的产生方面开展了相关的理论研究工作,具体包括以下几个方面:(1)根据麦克斯韦方程组,逐步推导出光脉冲在光纤中的传输方程,并最终得到了广义非线性薛定谔方程,随后采用分布傅里叶的方法对其进行数值求解,从而构建起光脉冲在光纤中传输演化的理论模型。(2)基于建立的光脉冲在光纤中传输的理论模型,数值研究了硫化物光纤传输过程中输入脉冲参数(包括脉冲峰值功率、脉冲宽度、初始频率啁啾)以及参考光纤长度对超连续谱产生的影响。研究结果表明,在一定范围内,输出光谱宽度随输入脉冲的峰值功率和脉冲宽度的增加而增大;正啁啾有利于光谱展宽,负啁啾则恰恰相反。此外,当初始频率啁啾小于30时,超连续谱带宽随着初始频率啁啾的增加而增大。当初始频率啁啾为30,峰值功率为1000 W,脉冲宽度为500fs时,数值模拟获得了光谱范围从近红外区域跨越到中红外区域、平坦性非常好的超连续谱,其光谱宽度为2300 nm;其次,超连续谱的宽度和平坦性并不会随着参考光纤长度的增加而一直增加,而是存在一个最佳的参考光纤长度。(3)基于建立的光脉冲在光纤中传输的理论模型,选择光子晶体光纤作为参考光纤,并选择有限能量Airy脉冲(FEAP)作为输入脉冲,数值研究了其在不同非线性效应条件下的传输特性以及截断系数和啁啾参量等参数对超连续谱的影响。研究结果表明,在传输过程中,FEAP会随着峰值功率的增加而减速传播;高阶非线性效应有利于获得宽度和平坦性更好的超连续谱;超连续谱随着截断系数的减小而变宽;此外,与负的初始频率啁啾参量相比,正的频率啁啾有利于超连续谱的产生。当频率啁啾为0.9时,数值模拟获得的超连续谱宽度为458 nm。

关键词：超连续谱硫化物光纤光子晶体光纤 Airy脉冲

3μm波段被动锁模掺铒氟化物光纤激光器理论研究

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3μm波段被动锁模掺铒氟化物光纤激光器理论研究

作者：张菲娟湘潭大学

学位级别：硕士

μm波段超短脉冲激光在军事、医疗以及科学研究等领域具有广泛的应用价值和发展前景。其中,μm波段光纤激光器因具有高紧凑性、高散热性、高稳定性、高转换效率、高光束质量以及低系统维护成本等优点,已成为激光器领域一个重要的发展方... 详细信息

μm波段超短脉冲激光在军事、医疗以及科学研究等领域具有广泛的应用价值和发展前景。其中,μm波段光纤激光器因具有高紧凑性、高散热性、高稳定性、高转换效率、高光束质量以及低系统维护成本等优点,已成为激光器领域一个重要的发展方向和研究热点。目前有关μm波段被动锁模光纤激光器的研究主要集中在实验方面,而有关这方面的理论研究还很少。本论文主要针对μm波段被动锁模掺铒氟化物光纤激光器开展相关理论研究,本论文的主要工作包括以下三个方面:(1)通过推导获得了描述光脉冲在增益光纤中传输特性的金兹堡-朗道(Ginzburg-Landu,G-L)方程以及耦合G-L方程;然后分别介绍了基于可饱和吸收体(Saturable Absorber,SA)和非线性偏振旋转(Nonlinear Polarization Rotation,NPR)的被动锁模掺铒氟化物光纤激光器的锁模原理,并分别建立了基于SA和NPR的被动锁模掺铒氟化物光纤激光器的理论模型。(2)根据建立的被动锁模掺铒氟化物光纤激光器的理论模型,对基于SA的μm被动锁模掺铒氟化物光纤激光器进行了较为深入的数值研究。分别研究了掺铒氟化物光纤长度、小信号增益以及SA饱和功率等参数对SA被动锁模掺铒氟化物光纤激光器中输出孤子脉冲特性的影响。数值模拟结果表明,在掺铒氟化物光纤长度为5.0 m、小信号增益为1.5 m以及SA饱和功率为400W的条件下,光纤激光器中可获得脉冲宽度为1.0 ps、峰值功率为228 W的非线性薛定谔(Nonlinear Schr?dinger,NLS)孤子脉冲输出。(3)根据建立的被动锁模掺铒氟化物光纤激光器的理论模型,对基于NPR的μm被动锁模掺铒氟化物光纤激光器进行了较为全面的数值研究。分别数值模拟研究了掺铒氟化物光纤长度、小信号增益以及线性相位延迟三个重要参量对NPR被动锁模掺铒氟化物光纤激光器中稳定锁模孤子脉冲输出特性的影响。数值模拟结果表明,光纤激光器在光纤长度为5.0 m、小信号增益为1.1 m以及线性相位延迟为1.40π的条件下,可获得脉冲宽度最窄为500 fs、脉冲峰值功率最高为1.5 kW、输出脉冲能量最高为0.75 nJ的NLS孤子脉冲。

关键词：掺铒氟化物光纤激光器中红外非线性偏振旋转锁模可饱和吸收体锁模超短脉冲

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混合锁模的掺铒氟化物光纤激光器数值研究

混合锁模的掺铒氟化物光纤激光器数值研究

作者：罗美珍湘潭大学

学位级别：硕士

中红外3μm波段超短脉冲激光因处于大气透明窗口,且正处于水分子最强吸收峰位置,对军用、民用以及科研等领域而言具有十分重要的研究意义。而具有铒离子(Er)高掺杂浓度的氟化物光纤激光器由于效率高、发射频谱范围宽等特点成为产生3μm... 详细信息

中红外3μm波段超短脉冲激光因处于大气透明窗口,且正处于水分子最强吸收峰位置,对军用、民用以及科研等领域而言具有十分重要的研究意义。而具有铒离子(Er)高掺杂浓度的氟化物光纤激光器由于效率高、发射频谱范围宽等特点成为产生3μm波段中红外激光最高效的方法之一。目前,3μm波段掺铒氟化物超短脉冲光纤激光主要通过非线性偏振旋转(NPR)以及可饱和吸收体(SA)等锁模技术获得。其中,基于NPR锁模的光纤激光器结构简单紧凑,脉宽可达几十飞秒,但很容易受到环境干扰;基于SA锁模的光纤激光器容易实现自启动且锁模稳定,但脉宽很难达到百飞秒以下。因此,如何充分利用NPR和SA锁模的优点来获得性能更加优越的3μm波段掺铒氟化物超短脉冲光纤激光是一个重要的研究方向。本文建立了基于混合锁模的光纤激光器理论模型并数值研究了混合锁模掺铒氟化物光纤激光器的输出特性。具体研究内容如下:(1)从麦克斯韦(Maxwell)方程组出发,对光脉冲在谐振腔内的传输演化过程进行了公式推导,并基于无源光纤以及增益光纤得到了相应的光脉冲传输演变方程,同时对耦合Ginzburg-Land方程进行数值求解,随后依次阐述了NPR、半导体可饱和吸收镜(SESAM)以及混合锁模的原理,并建立了相关的理论模型。(2)基于建立的理论模型,数值研究了基于NPR、SESAM以及NPR结合SESAM混合锁模的掺铒氟化物光纤激光器输出特性。其中,基于NPR锁模的掺铒氟化物光纤激光器可获得脉宽510.7 fs、脉冲能量0.71 n J的均匀光孤子锁模脉冲;基于SESAM锁模技术,可获得脉宽547.2 fs、脉冲能量0.79 n J的均匀光孤子锁模脉冲;而基于NPR和SESAM混合锁模技术,则可获得脉宽155 fs、脉冲能量2.29 n J的均匀光孤子锁模脉冲,相应的峰值功率达14.78 k W。数值研究结果表明:基于混合锁模的掺铒氟化物光纤激光器的输出性能远远好于单一机制锁模。(3)对影响混合锁模孤子脉冲性能的重要参数展开了详细的研究,具体包括增益光纤的长度(L)、增益饱和能量(E)、线性相位偏置(?)以及小信号增益(g)。数值结果表明:在一定范围内,L越长,E以及g的值越高,所实现的混合锁模脉冲的脉宽越窄、3 d B谱宽越宽,相应的峰值功率和脉冲能量也越高,越有利于获得高脉冲能量的稳定超短锁模脉冲。

关键词：混合锁模掺铒氟化物光纤中红外超快脉冲