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 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：唐平华

授予年度：2019年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：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 

摘      要：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。