检索结果-南通市图书馆

作者：杜垒长春理工大学

学位级别：硕士

在光纤通信领域中,基于非线性效应的光信号处理是支持波长路由链路的重要功能。而作为波长路由链路中重要的一种设备——波长转换器,是用于缓解基于波分复用(WDM)网络系统中的波长阻塞的有效手段。而与传统的“光-电-光(OEO)”波长转换... 详细信息

在光纤通信领域中,基于非线性效应的光信号处理是支持波长路由链路的重要功能。而作为波长路由链路中重要的一种设备——波长转换器,是用于缓解基于波分复用(WDM)网络系统中的波长阻塞的有效手段。而与传统的“光-电-光(OEO)”波长转换器相比,全光波长转换(AOWC)的转换速度更快,转换过程更简单,同时也可以处理多路信道,操作更灵活。通常情况下,实现AOWC的方案有很多。其中,四波混频(FWM)由于其透明的调制格式和传输高比特率信号的能力,有可能成为未来AOWC器件的主流。而目前,关于AOWC的研究还主要集中在1.55μm左右的传统通信波段,而处在中红外波段边缘的2μm波段的AOWC技术研究还相对较少。然而,发生在2μm波段的AOWC的转换效率远低于在1.55μm处的转换效率,因为位于该波长的时候需要更大的非线性来平衡材料和波导引起的色散。不过2μm波段与传统通信波段相比,具有更好的大气传输特性,人眼安全特性且受到大气散射的程度较低,在光通信领域内具有非常大的发展潜力。低转换效率是这种方法的主要限制因素,因为大多数器件都表现出弱的光学非线性。针对上述问题,为了研究出高效工作的中红外波长转换器件,实验借助锥型光纤与二维(2D)材料相结合来进一步提高波长转换器的非线性系数,从而提高AOWC效率并拓展其工作波长范围。具体的研究内容主要为:1)基于FWM原理的AOWC转换特性研究。根据振幅耦合方程建立起FWM的理论传输模型,并针对该理论模型进行了解析求解和数值求解的过程。随后根据得到的结果主要分析了影响转换效率的因素和转换时的具体过程。2)基于2D材料的锥型光纤介质制备。首先针对光场在锥型光纤腰区中的传输特性进行了数值模拟,随后实际制备了2D材料——氧化石墨烯(GO)和MXene,并且对制备出来的材料进行了如X光衍射、拉曼光谱、光吸收谱以及扫描电子透镜等性能表征。之后通过氢氧火焰拉锥机成功制备出了锥型光纤,并将其作为承载2D材料的波导。经过测量发现,该介质的插入损耗仅为1d B左右。最后通过光学沉积法,将2D材料转移到锥型光纤的腰区上形成复合波导,其损耗增加到了4d B。3)工作在2μm波段的AOWC实验研究。在最初的实验中成功搭建处工作在1.9μm波长处的波长转换器,该转换器可实现-45.52d B的转换效率和6nm的可调谐波长间隔。对于稳定特性,实验测量了转换效率在2小时内波动为±0.41d B,说明该器件可以稳定长时间的工作。在后续实验中通过结合拉锥的高非线性光纤和2D材料成功提高了AOWC的转换效率。实验表明使得在28d Bm的放大功率下,转换效率能够达到-27.22d B,并且波长间隔的可调范围也在17nm左右。

关键词：全光波长转换二维材料四波混频锥型光纤中红外

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2μm高功率光纤激光与泌尿结石的作用研究

2μm高功率光纤激光与泌尿结石的作用研究

作者：侯欣宜长春理工大学

学位级别：硕士

光纤激光器与传统的固体激光器相比,由于其功能稳定、结构紧凑、转换效率高、抗干扰性能强等优点,近年来快速发展。掺铥光纤激光器（thulium-doped fiber laser,TDFL）工作波段为人眼安全波段,在生物医学、材料处理、遥感与探测等多个... 详细信息

光纤激光器与传统的固体激光器相比,由于其功能稳定、结构紧凑、转换效率高、抗干扰性能强等优点,近年来快速发展。掺铥光纤激光器（thulium-doped fiber laser,TDFL）工作波段为人眼安全波段,在生物医学、材料处理、遥感与探测等多个领域的应用均具有广阔前景。本论文面向激光在泌尿系统中的应用,采用主振荡功率放大（main oscillation power amplification,MOPA）结构设计全光纤掺铥激光器系统,实现了2μm波段的高功率激光输出,并利用2μm激光源对人体泌尿系统结石进行了消融实验研究,验证了2μm掺铥光纤激光在生物医疗方面的安全性和先进性。主要研究内容如下:首先,论述了光纤激光器的分类、特点及其在医疗领域中的应用,从Tm离子的光谱特性、能级结构、泵浦方式等方面对掺铥激光器的工作原理进行了详细的阐述。介绍了主振荡功率放大结构的工作原理以及限制其功率进一步放大的因素。介绍了铥激光碎石的国内外研究现状,从泌尿碎石的角度阐述了2μm掺铥激光的研究意义。介绍了泌尿结石治疗的主要方式,分别论述了传统钬固体激光碎石和铥光纤激光碎石的特性,并对比分析其优缺点。其次,基于高功率MOPA结构掺铥光纤激光器的研究报道较少,而高功率MOPA掺镱光纤激光器研究已经很成熟,故先开展了全光纤MOPA掺镱光纤激光器（ytterbium-doped fiber laser,YDFL）的原理实验,为2μm掺铥光纤激光器的研究探索基本结构参数的选择。设计了一种MOPA结构YDFL,连续光（continuous wave,CW）工作模式下,种子光经过掺镱光纤放大器后,实现了中心波长为1069.96 nm的激光输出,最大平均输出功率可达945.9W,MOPA激光器整机的斜率效率高达74.12%,具有良好的稳健性。再次,设计了一种可应用于泌尿系统结石消融的2μm低噪声窄线宽MOPA结构TDFL,可实现连续光、准连续光（quasi-continuous wave,QCW）两种工作方式可调。2μm TDFL的最大平均输出功率为66.9W,对应的斜率效率为47.58%。QCW工作模式下,可实现重复频率在50-2000Hz、脉冲宽度在0.5-20ms可调、峰值功率最高可达80.3W的激光输出,满足激光碎石手术对激光光源的参数要求。最后,将1940nm低噪声窄线宽TDFL作为激光光源,对泌尿系统结石样本进行体外模拟碎石实验研究。研究了重复频率、单脉冲能量等激光的关键参数对结石消融速率和消融阈值这两个结石消融关键参数的影响,并探究激光参数变化对结石逃逸位移的影响。实验结果得出TDFL碎石术的结石消融阈值比传统钬固体激光碎石术低4倍的结论。实验表明,结石消融速率随着脉冲重复频率的增加而持续增加,但增长率并非呈线性关系,确定了脉冲重复频率的最佳范围为50-100Hz;在单脉冲能量恒定不变的情况下,激光的平均输出功率是结石消融量的主要影响因素;TDFL输出激光在长脉宽时会产生更多的热量,导致结石附近产生更大的温升;使用较低的脉冲能量、较大的脉冲宽度、较低的脉冲重复频率和较小芯径的输出光纤是减少结石反向逃逸位移的最佳激光参数组合。

关键词：光纤激光器主振荡功率放大掺铥光纤激光碎石消融速率

1.6μm波段多模干涉效应锁模及超连续谱的产生

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1.6μm波段多模干涉效应锁模及超连续谱的产生

作者：孙梦茹长春理工大学

学位级别：硕士

1.6μm多模干涉掺铒被动锁模光纤激光器在生物医疗领域具有潜在的应用价值。然而,由于控制多模光纤长度实现锁模较为困难,在基于多模干涉效应锁模的光纤激光器中获得脉冲输出仍存在问题,并且利用多模干涉效应锁模的1.6μm波段光纤激光... 详细信息

1.6μm多模干涉掺铒被动锁模光纤激光器在生物医疗领域具有潜在的应用价值。然而,由于控制多模光纤长度实现锁模较为困难,在基于多模干涉效应锁模的光纤激光器中获得脉冲输出仍存在问题,并且利用多模干涉效应锁模的1.6μm波段光纤激光器作为超连续谱种子源的报道较少。因此,本论文利用多模干涉效应实现锁模脉冲输出,并开展利用1.6μm波段脉冲作为种子脉冲产生超连续谱的研究。具体研究内容如下:1.设计了基于多模干涉效应锁模的光纤激光器,在负色散区和近零色散区内研究锁模脉冲的特性演变。首先,在近零色散区搭建了单模-渐变多模-单模(SMS)结构,实现了展宽脉冲、色散管理孤子分子的输出,展宽脉冲中心波长为1528 nm,脉冲宽度为973.2 fs,且通过啁啾脉冲放大技术和色散补偿将脉冲宽度压缩至280.1 fs。色散管理孤子分子的光谱调制周期为0.32 nm,单个色散管理孤子分子的脉冲宽度为4.04 ps。进而,改变多模锁模的结构,将渐变折射率多模光纤(GIMF)替换为阶跃折射率多模光纤(SIMF)与GIMF的混合结构,获得了传统孤子、孤子分子和类噪声脉冲的输出。传统孤子的中心波长为1601 nm;孤子分子的中心波长为1570.5 nm;类噪声的中心波长为1595 nm。2.设计了基于SMS结构和非线性偏振旋转(NPR)混合锁模的光纤激光器,研究了其锁模脉冲的输出特性。在负色散区输出了中心波长为1570.8 nm的传统孤子脉冲,通过调谐偏振控制器(PC),其中心波长可从1588 nm调谐至1594 nm,可调谐范围约为6 nm。并获得了类噪声脉冲,其中心波长为1564.5 nm,脉冲宽度为416 fs。3.基于非线性效应,研究了超连续谱的产生。为了避免谐振腔直接输出功率达不到超连续谱的阈值,在腔外搭功率放大系统,将谐振腔输出功率放大。分别利用1.6μm波段的传统孤子脉冲、类噪声脉冲作为种子脉冲泵浦高非线性光纤(HNLF)产生超连续谱,并分析对比输出超连续谱的性能。实验结果表明,类噪声脉冲作为种子脉冲产生超连续谱的效果最高,获得超连续谱的3 d B宽度为337 nm。

关键词：掺铒光纤激光器多模干涉效应传统孤子脉冲孤子分子脉冲类噪声脉冲

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2μm混合锁模超快光纤激光器研究

2μm混合锁模超快光纤激光器研究

作者：肖林长春理工大学

学位级别：硕士

随着2μm锁模光纤激光器技术的发展,使2μm超短脉冲在医疗手术、中红外激光光源产生、大气通信和非金属加工等多个领域得到了广泛的应用。目前,光纤激光器常见的锁模方法有非线性偏振旋转(NPR)、半导体可饱和吸收镜(SESAM)、非线性光纤... 详细信息

随着2μm锁模光纤激光器技术的发展,使2μm超短脉冲在医疗手术、中红外激光光源产生、大气通信和非金属加工等多个领域得到了广泛的应用。目前,光纤激光器常见的锁模方法有非线性偏振旋转(NPR)、半导体可饱和吸收镜(SESAM)、非线性光纤环形镜(NOLM)和非线性放大环形镜(NALM)等。然而,每种方法都存在不足之处,例如,NPR结构易受环境干扰,SESAM结构抗损伤阈值低,NOLM和NALM结构难以获得高重频锁模脉冲。因此,针对这些问题,本文开展了关于2μm混合锁模光纤激光器的研究,通过在腔内引入NPR和SESAM来研究不同参数下的输出脉冲特性。主要研究内容如下:1.研究了负色散区不同泵浦功率和偏振状态下腔内脉冲的演化,并对输出脉冲特性进行了分析。通过设置不同的泵浦功率,分别获得了常规孤子、束缚态孤子和类噪声脉冲。当泵浦功率为315m W时实现了两种不同常规脉冲之间的切换,并结合腔内的锁模结构分别对其形成机理进行了分析。增加泵浦功率至550m W,在直接孤子间作用力的影响下获得了束缚态孤子。随后继续增加泵浦功率至600m W获得了波长可调谐的类噪声锁模,调谐范围为35nm。最后对脉冲的偏振态进行测量,结果表明输出脉冲为标量孤子。2.研究了在近零色散区激光器输出脉冲的形态随泵浦功率和偏振态的演变关系。在同一个激光器结构中,通过设置不同的泵浦功率和偏振状态分别获得了展宽脉冲锁模、耗散孤子锁模以及展宽脉冲和耗散孤子共存双波长锁模。首先在1950nm处获得了展宽脉冲锁模,其3d B带宽和脉宽分别为15.6nm和851fs。随后通过调节偏振态获得了波长可调谐的耗散孤子锁模。在中心波长为1890nm处测得其光谱3d B带宽为19nm,对应的脉宽为6.2ps,使用腔外色散补偿法压缩至765fs。在泵浦功率为700m W时获得了耗散孤子和展宽脉冲共存双波长锁模,耗散孤子和展宽脉冲的中心波长分别为1905.8nm和1946.8nm,3d B带宽分别为20.2nm和14.2nm,对应的脉宽分别为5.9ps和823fs。3.研究了双波长耗散孤子脉冲的产生,并对其光谱稳定性进行了分析。首先在波长1904.44nm处获得了光谱3d B带宽为43.75nm的耗散孤子锁模,对应的脉宽为6.6ps。随后获得了光谱调制周期为0.8nm的耗散孤子束缚态,对应的脉宽为2.25ps。最后通过在腔内加入0.3m的保偏光纤构成Lyot滤波器,实现了双波长耗散孤子锁模。通过对双波长耗散孤子光谱的时间稳定性进行测量和分析,表明所设计的激光器具有较好的时间稳定性。

关键词：光纤激光器混合锁模展宽脉冲耗散孤子双波长锁模

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基于无线光MIMO的大气传输特性研究

基于无线光MIMO的大气传输特性研究

作者：刘哲绮长春理工大学

学位级别：硕士

自由空间光(FSO,Free Space Optical)通信是一种激光在无光纤作为波导情况下在自由空间链路中传输信息的通信方式,具有速率高、体积小、功耗低、保密性良好、抗电磁干扰能力强、频谱资源丰富等优点。然而由于大气湍流效应的影响,激光光... 详细信息

自由空间光(FSO,Free Space Optical)通信是一种激光在无光纤作为波导情况下在自由空间链路中传输信息的通信方式,具有速率高、体积小、功耗低、保密性良好、抗电磁干扰能力强、频谱资源丰富等优点。然而由于大气湍流效应的影响,激光光束在大气信道中传输时会发生光强闪烁、光束扩展、指向偏差和到达角起伏等现象,严重影响了FSO通信系统的鲁棒性。如何有效减少大气湍流效应对FSO通信系统的影响是目前亟待解决的问题。本文开展了基于多输入多输出(MIMO,Multi-Input Multi-Output)的无线光MIMO通信技术研究,采用液晶空间光调制器(LC-SLM,liquid crystal spatial light modulator)模拟大气湍流的方法,对比研究了单发射单接收系统和MIMO系统的大气传输特性。本文的主要工作内容如下:给出了MIMO通信系统的基本理论,并推导出MIMO通信系统的信道模型。分析了MIMO技术抵抗无线光通信系统的随机衰落的原因。探究了MIMO通信系统中分集技术和信号合并技术的实现方法。讨论了MIMO通信系统中三种空时编码的特点和性能,并给出相应的性能比较及适合应用的场景。给出了大气湍流激光光束传输理论,以及大气湍流形成的机制和物理意义。针对大气信道的组成成分和运动形式,分析了大气湍流效应对激光光束造成的各种影响,详细研究了大气湍流所造成激光光束光强闪烁、指向偏差和误码率等问题。建立了大气湍流模拟信道,使用功率谱反演法生成湍流相位屏,并采取三阶次谐波法对其低频分量进行叠加补偿,生成r=1.1150 m、r=0.1088 m和r=0.0268 m三种不同相干长度的相位母屏,对相位母屏进行往复式截取处理后加载到LC-SLM上来模拟连续的弱、中、强三种强度大气湍流。利用相位屏模拟大气湍流MIMO信道,设计了基于LC-SLM的无线光MIMO实验系统,并分析了不同大气湍流强度下多光束传输时光斑发生的变化。在无湍流、弱湍流、中湍流和强湍流条件下,单路激光发发射系统的接收光功率波动分别为±0.17 d B、±0.9 d B、±1.9 d B和±2.85 d B,两路激光发发射系统的接收光功率波动分别为±0.13 d B、±0.8 d B、±1.75 d B和±2.6 d B,闪烁因子随着湍流强度增大而增大。设计了湍流相位屏模拟MIMO信道激光通信实验方案,实验结果表明,在前向纠错误差极限下(3.8×10),单个发射单个接收系统的链路代价为10.5 d B,两个发射两个接收的MIMO系统的链路代价为9.3 d B。

关键词：自由空间光通信多输入多输出大气湍流液晶调制法

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基于机器学习的OAM光束模式检测方法研究

基于机器学习的OAM光束模式检测方法研究

作者：郑崇辉长春理工大学

学位级别：硕士

近年来,具有轨道角动量的涡旋光束成为新的研究热点。不同模态的轨道角动量光束之间相互正交,这为光通信领域提供了除波长/频率、时间、空间及偏振态以外的新的复用方式。将轨道角动量光束用作载波携带信息并与其他复用方式相结合,可以... 详细信息

近年来,具有轨道角动量的涡旋光束成为新的研究热点。不同模态的轨道角动量光束之间相互正交,这为光通信领域提供了除波长/频率、时间、空间及偏振态以外的新的复用方式。将轨道角动量光束用作载波携带信息并与其他复用方式相结合,可以大幅提升系统的信道容量和频谱效率。除了将轨道角动量光束用作载波外,还可以根据轨道角动量光束独特的光强分布进行编码,从而实现信息传输。因此如何检测和识别轨道角动量态也引起了研究者的广泛关注。随着计算机与人工智能技术的不断发展,出现了基于机器学习的轨道角动量光束检测方法。基于机器学习的轨道角动量光束识别方法与传统识别方法相比,具有识别精度高、系统结构简单等优势。而深度学习技术的出现进一步提高了对轨道角动量光束的识别能力,该方法具有广阔的的应用前景。本文讨论了影响基于深度学习的轨道角动量识别方法的几种因素,并提出了一种快速建立识别率较高的识别模型的方法,具体包括以下内容:(1)简要介绍轨道角动量光束的基本原理,详细探讨了常用轨道角动量光束中的拉盖尔高斯光束的原理及其数学表达式,利用Matlab对单态拉盖尔高斯光束和叠加态拉盖尔高斯光束的相位与光强进行了仿真。采用空间光调制器成功生成了单态拉盖尔高斯光束与叠加态拉盖尔高斯光束,实验结果能与仿真结果成功对应。(2)详细介绍了柯尔莫哥洛夫经典大气湍流统计理论,重点介绍了几种常见的折射率功率谱密度函数,详细论述了基于功率谱反演法生成相位屏的原理和以空间光调制器加载相位屏的方式模拟大气湍流的方法。采用改进的冯·卡门折射率功率谱反演法生成大气湍流随机相位屏,并采用次谐波法对生成的湍流相位屏进行低频分量补足。进而开展了轨道角动量光束产生以及大气湍流环境的实验搭建,成功获得了湍流环境下轨道角动量光束的光强分布图片。(3)分别利用Le Net-5与Alex Net架构的卷积神经网络建立识别模型,在大气湍流环境下实现了对叠加态拉盖尔高斯光束的高精度识别。研究了不同架构的卷积神经网络以及不同分辨率的训练样本图片对于识别准确率的影响。分别对网络进行训练,测试和参数优化,结果表明深度越深的卷积神经网络模型对叠加态拉盖尔高斯光束的识别准确率更高,能识别种类更多的叠加态拉盖尔高斯光束。并且训练样本图片分辨率越高,网络的识别与分类效果越好。(4)提出使用迁移学习的方式识别轨道角动量光束以加快识别模型的训练速度,探究了基于迁移学习的轨道角动量光束识别系统在弱湍流和中湍流环境下的识别效果,该模型在两种湍流强度下均获得了90%以上的识别率。并与传统深度学习方式在模型训练速度、识别率等方面进行性能对比,证明了在弱、中湍流环境中,基于迁移学习的轨道角动量光束识别方法在保持较高识别率的前提下可以减少训练时间。

关键词：轨道角动量空间光调制器湍流相位屏机器学习卷积神经网络迁移学习

用于泌尿碎石的2μm高功率光纤激光器的研究

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用于泌尿碎石的2μm高功率光纤激光器的研究

作者：吴玲长春理工大学

学位级别：硕士

掺铥光纤激光器（TDFL,Thulium-doped fiber laser）具有结构紧凑、灵活性高、散热性强、光束质量好、利于集成等多方面的优点,且发射波长能与水在1940 nm处的吸收峰完美地匹配,非常适合应用于泌尿系统进行激光碎石。目前应用最广、临... 详细信息

掺铥光纤激光器（TDFL,Thulium-doped fiber laser）具有结构紧凑、灵活性高、散热性强、光束质量好、利于集成等多方面的优点,且发射波长能与水在1940 nm处的吸收峰完美地匹配,非常适合应用于泌尿系统进行激光碎石。目前应用最广、临床效果最好的激光是对组织损伤小,安全性高的钬激光,但传统碎石机采用的固体钬激光器体积大、可靠性差、调谐困难、价格昂贵。本论文针对固体钬激光碎石仪的不足,设计了一种用于泌尿碎石的高功率TDFL,并将其应用在体外碎石模拟实验中。具体研究内容如下:1.建立TDFL的数值模型,使用Optisystem平台搭建了仿真链路,分析研究TDFL系统中掺铥光纤长度、OC-FBG反射率和Tm掺杂浓度对激光器输出性能的影响。通过模拟仿真发现,掺铥光纤长度、OC-FBG反射率和Tm掺杂浓度均存在相应的最佳值使得TDFL的输出功率以及光-光转换效率达到最大。该仿真实验为2μm光纤激光器设计提供指导。2.设计2μm线性腔种子源激光器,分别研究了793 nm泵浦源（LD,Laser Diode）和种子源激光器的输出特性。随电功率的增加,泵浦输出功率整体处于上升趋势,呈非线性的增长,且存在阈值电流。虽然LD的输出波长会随着LD温度的升高出现漂移现象,但本实验中两个LD在室温下光谱中心波长均满足实验需求。种子源激光器的中心波长为1940 nm,3 d B光谱线宽为0.09 nm,LD满功率输出情况下,获得最大的输出激光功率18.56 W,相应的光-光转化效率和斜率效率分别为49%和54.84%。3.设计2μm光纤放大器,与前面的种子源激光器熔接得到主振荡功率放大（MOPA,Master Oscillator Power Amplifier）结构的TDFL,其可以实现连续和准连续两种模式输出。连续模式下MOPA激光器的最大输出功率为66.9 W,斜率效率为48.48%,激光中心波长为1940 nm,光谱半高全宽为0.10 nm。准连续模式的最大峰值功率为80.3 W,脉冲能量为1.33 J。然后,将该2μm MOPA结构光纤激光器应用到体外碎石实验中,验证了本实验设计的波长为1940 nm的铥激光可以将结石击碎,碎片的大小远远小于通过尿道自然排出的2 mm极限。

关键词：掺铥光纤激光器主振荡功率放大结构准连续高功率激光碎石光-光转化效率

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基于多波长泵浦的光电振荡器研究

基于多波长泵浦的光电振荡器研究

作者：朱鸿飞长春理工大学

学位级别：硕士

微波光子学作为一门融合光电子技术与微波技术的新兴交叉学科,为光电子领域和微波领域技术难题提供了新的解决方法。微波光子学中的一个重要研究方向是光生微波,而光电振荡器（OEO,Optoelectronic Oscillator）作为光生微波技术中一种... 详细信息

微波光子学作为一门融合光电子技术与微波技术的新兴交叉学科,为光电子领域和微波领域技术难题提供了新的解决方法。微波光子学中的一个重要研究方向是光生微波,而光电振荡器（OEO,Optoelectronic Oscillator）作为光生微波技术中一种重要方法,为高频、低相位噪声、可调谐的微波信号的产生提供新的选择。本文利用光纤受激布里渊散射（SBS,Stimulated Brillouin Scattering）效应,开展了基于多波长泵浦的OEO相关研究。主要工作内容如下:根据OEO的基本结构进行了理论推导,分析了振荡频率与环路延时的关系,探究了相位噪声的影响因素。介绍了电光调制器的基本原理,对光波经电光调制器调制后的输出光场进行了理论推导。叙述了SBS基本理论,对布里渊增益谱特性及布里渊阈值的影响因素进行了分析。开展了基于多波长光源的微波光子滤波器（MPF,Microwave Photonic Filter）和基于SBS和相位调制的MPF理论分析,并进行了仿真研究,得出基于SBS和相位调制的MPF更易实现窄带滤波的结论。探究了基于单光源单波长泵浦MPF的频率响应特性,设计了OEO结构,实验得到光生微波信号在10.13-10.65GHz范围内可调,同时与双光源单波长泵浦的OEO输出微波信号的特性进行了对比分析,基于单光源MPF的OEO输出微波信号更为稳定。在20min测试时间内,1MHz分辨率情况下输出微波信号频率不变化,强度变化为1.15d B。对基于多波长泵浦的MPF进行了理论分析和仿真,并通过实验进行了验证,结果表明,采用双波长泵浦光时MPF可以得到幅度近似相等的双通带频率响应。设计了基于单光源调制多波长泵浦的OEO实验结构,分析了双频微波信号产生的原理,在f =3GHz时,得到7.48GHz和13.48GHz的光生高频微波信号,带外抑制比约为29d B,并通过改变f大小实现双频微波信号的调谐。设计了基于双光源调制多波长泵浦的OEO结构,在f =3GHz时,得到4.02GHz和10.02GHz的光生高频微波信号,保持泵浦光波长不变,改变f大小,得到频率间隔可调并关于7.02GHz对称的微波信号,改变f 大小,双频微波信号间隔可调;f不变时,双频间隔不变,改变泵浦光波长使OEO输出微波信号可调谐。

关键词：微波光子学光电振荡器微波光子滤波器受激布里渊散射相位调制多波长

2μm超快光纤激光器的孤子特性及脉冲放大研究

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2μm超快光纤激光器的孤子特性及脉冲放大研究

作者：李鑫长春理工大学

学位级别：硕士

与传统的固体激光器比较,光纤激光器具有体型小、成本低廉、转换效率高等优越性。位于人眼安全波段的2μm光纤激光器广泛应用于高速空间光通信、生物医学、材料加工和气体探测等领域,进而掺铥、掺钬以及铥钬共掺光纤激光器也成为激光研... 详细信息

与传统的固体激光器比较,光纤激光器具有体型小、成本低廉、转换效率高等优越性。位于人眼安全波段的2μm光纤激光器广泛应用于高速空间光通信、生物医学、材料加工和气体探测等领域,进而掺铥、掺钬以及铥钬共掺光纤激光器也成为激光研究领域的热点。但是,2μm波段的全光纤超快激光器与1.55μm和1μm波段的全光纤超快激光有较大差异,还不能投入到实际的应用中。为此,针对现有2μm全光纤超快激光器存在的一些问题,对其关键技术进行了研究,探讨了它的复杂动力学特性,这对于促进2μm波段激光技术发展及其应用有着十分重要的作用和科学价值。结合研究现状可知,目前2μm锁模光纤激光器的研究大多针对掺铥光纤激光器和铥钬共掺光纤激光器,对于掺钬光纤激光器的孤子特性的研究还相对匮乏,其主要原因是掺钬光纤泵浦的选用以及锁模器件的损耗使得系统的复杂性增加。针对上述问题,本文采用非线性偏振旋转锁模和非线性放大环形镜锁模技术,研究了被动锁模掺钬和掺铥光纤激光器,实现了稳定的锁模操作,并得到多种孤子,有助于研究2μm波段的孤子动力学特性。具体的研究内容如下:1)研究了 2.1μm掺钬光纤泵浦源。根据掺钬光纤的能级结构以及增益原理,为实现高泵浦转换效率,选取带内泵浦的方式泵浦掺钬光纤。泵浦种子源采用了波长可调谐全光纤结构连续掺铥光纤激光器,并研究了泵浦方式对掺钬光纤增益的影响,得到掺钬光纤的最优泵浦波长以及泵浦方式。2)研究了 2.1μm波段反常色散腔的孤子特性。采用非线性偏振旋转锁模技术,得到了传统孤子单脉冲锁模状态,通过调节泵浦功率和谐振腔偏振态得到了波长可调谐的传统孤子。此外,还出现了多孤子现象,包括孤子束和谐波锁模状态。又采用非线性放大环形镜锁模技术,得到了耗散孤子共振脉冲和类噪声脉冲的掺钬光纤激光器,其中类噪声脉冲的单脉冲能量可达1.99nJ。3)研究了2μm波段色散管理腔的孤子特性。在非线性偏振旋转锁模光纤激光器中,利用超高数值孔径光纤补偿腔内色散,得到了近零色散区的展宽脉冲,并且还分析了展宽脉冲随着泵浦功率变化特性。继续优化腔内色散使其补偿至净正色散,得到了耗散孤子锁模脉冲。最后,利用啁啾脉冲放大原理,对耗散孤子进行了放大研究,获得了百毫瓦量级宽谱脉冲输出。

关键词：锁模光纤激光器掺钬光纤 2.1μm波段耗散孤子共振脉冲孤子特性

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基于色散补偿的全保偏被动锁模光纤激光器

基于色散补偿的全保偏被动锁模光纤激光器

作者：徐隽灏长春理工大学

学位级别：硕士

超快激光具有高峰值功率、极短脉冲宽度、高重复频率和超宽光谱等优点,在光通信、生物医学和精密加工等众多领域备受关注。被动锁模技术是产生超短脉冲的重要方式,其中材料可饱和吸收体的使用较为成熟,但其低损伤阈值、使用寿命短等缺... 详细信息

超快激光具有高峰值功率、极短脉冲宽度、高重复频率和超宽光谱等优点,在光通信、生物医学和精密加工等众多领域备受关注。被动锁模技术是产生超短脉冲的重要方式,其中材料可饱和吸收体的使用较为成熟,但其低损伤阈值、使用寿命短等缺点严重影响输出锁模脉冲特性。而基于全保偏光纤和非线性放大结构的激光器具备搭建难度低、可自启动锁模、输出脉冲性能高和抗环境干扰能力强等优点,具有不错的应用前景和商业化价值。同时基于全光纤结构的色散补偿方式,易实现响应时间更短,结构更加紧凑的超短脉冲。因此,本论文利用色散补偿光纤和啁啾光纤光栅对“9”字腔锁模结构进行色散补偿,开展了对全保偏被动锁模光纤激光器的色散补偿优化及输出脉冲特性研究。具体内容有:1,结合非线性薛定谔方程及其傅里叶解法从数学物理方法上分析锁模结构下光脉冲的工作机制。根据傅里叶解法对锁模脉冲在不同色散介质的光纤传输进行了仿真研究。利用非线性薛定谔方程分析了腔内色散补偿的物理机制,并结合NALM结构的物理机制推导出后续两种实验结构中透射率、输入脉冲光强等关系式,为后续实验完善了理论体系。2,基于此,搭建了基于色散补偿光纤的全保偏“9”字腔光纤激光器,根据色散补偿机制在谐振腔内加入1.35 m的保偏色散补偿光纤进行精确色散补偿,经计算在1550 nm处的净色散值为-0.0106 ps,接近于零色散。该结构激光器在泵浦功率80 m W下实现自启动锁模,其脉冲激光重复频率为22.18 MHz,脉冲能量为0.046 n J,脉冲宽度为538 fs。经过2000次成功的自启动测试和10 h激光输出测试,证实了该结构激光器可以长时间稳定运行。3,分析了啁啾光纤光栅的物理机制并结合NALM结构的数学物理方程,设计并搭建了基于啁啾光纤光栅的全保偏“9”字腔锁模光纤激光器。对不同腔长结构进行实验并分析了其输出脉冲特性,优化后选择18m腔长,实现326 m W泵浦功率自启动展宽孤子脉冲锁模。其平均输出功率10.3 m W,重复频率12.1 MHz,脉冲宽度1.04 ps,对应的脉冲能量为0.85 n J。通过对比两种结构的锁模脉冲特性,证实了两种结构激光器谐振腔均可稳定输出超短脉冲。

关键词：全保偏光纤激光器 “9”字腔结构色散管理锁模阈值色散管理脉冲