2μm混合锁模超快光纤激光器研究

作     者：肖林 

作者单位：长春理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王天枢

授予年度：2023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：光纤激光器 混合锁模 展宽脉冲 耗散孤子 双波长锁模 

摘      要：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。