對于偏振旋轉鎖模光纖激光器坐的研討

來源: www.tcwpwd.live 作者:www.tcwpwd.live 發布時間:2012-08-14 11:57 論文字數:30000字
論文編號: sb201208131920581962 論文地區:- 論文語言:- 論文類型:碩士畢業論文 論文價格: 150
第一節引言光纖激光器應用范圍非常廣泛,可應用于光纖通訊、激光加工、軍事國防安全、醫療器械儀器設備等領域。光纖激光器與氣體、固體激光器相比具有以下優勢:光纖制造成本低、技術

 

  
第一章緒論
         第一節引言光纖激光器應用范圍非常廣泛,可應用于光纖通訊、激光加工、軍事國防安全、醫療器械儀器設備等領域。光纖激光器與氣體、固體激光器相比具有以下優勢:光纖制造成本低、技術成熟;光纖可以盤繞,體積小;光纖的體積面積比低,散熱快,一般不需電制冷和水冷,只需簡單的風冷:光在光纖中的損耗低,上轉換效率高,激光閉值低,電光效率可達20%以上;光纖中可摻雜的稀土離子種類多,輸出波長豐富;光纖激光器的諧振腔內無光學鏡片,具有免調節、免維護、高穩定性的優點。但與固體激光器相比,光纖激光器的輸出功率偏低。在不能無限增大泵浦功率的情況下,發展高峰值功率的脈沖光纖激光器,是彌補平均功率不足的主要方法。脈沖激光器不是連續運轉,它絕大多數時間都在存儲能量,在工作的極短時間內釋放出積累的能量。輸出光脈沖的峰值功率比連續激光高出了幾個數量級。目前脈沖光纖激光器所用的技術主要有調Q和鎖模兩種。
        其中,調Q技術比較簡單,運行條件和調節手段比較容易實現。但是調Q脈沖寬度受調制器件的限制,很難產生皮秒量級或者更短的脈沖。與此相比鎖模技術在獲得超短脈沖方面具有更好的前景,1965年Mocker和Collins首次實現巨脈沖紅寶石激光器的被動鎖模。1966年A.J.DeMaria等人用錢玻璃激光器產生了皮秒激光脈沖[f}l。隨著光纖激光器的問世,特別是進入20世紀90年代以來,光纖通信的迅猛發展,促進人們將鎖模技術與光纖激光器相結合,研制出鎖模光纖激光器。鎖模脈沖技術在光纖激光器中的應用具有許多明顯的優勢,光纖激光器的腔結構簡單、腔內可調節參數多,所以能夠很方便地利用主動鎖模技術產生滿足各種需要的鎖模脈沖。光纖本身具有很多特性,如自相位調制(SPM)、交叉相位調制(XPM)、群速度色散(GVD)、非線性偏振旋轉(NPR)等,合理地利用光纖的這些特性不僅能方便地實現被動鎖模,而且能有效地改善主動鎖模脈沖的質量,產生更短的光脈沖。
       超短脈沖光纖激光器廣泛應用稀土離子摻雜光纖作為增益介質。摻餌鎖模光纖激光器是高速光信息系統的光源,其它稀土元素摻雜的鎖模光纖激光器廣泛的應用在激光加工,生物光子學等領域。尤其是摻鏡鎖模光纖激光器,具有增益帶寬大,摻雜離子數密度高,吸收截面積大,激光二極管(LD)泵浦效率高等特點,是高功率光纖激光器常用的增益介質。鎖模光纖激光器按照鎖模方式可以分為主動鎖模光纖激光器,被動鎖模光纖激光器和主被動聯合鎖模光纖激光器。主動鎖模光纖激光器需要在腔內加入主動調制元件,并需要外界注入控制信號,結構復雜且激光器的成本昂貴。除此之外,主動鎖模光纖激光器由于鎖模帶寬的限制,很難得到皮秒(ps)量級以下的脈寬。
      同時主動鎖模和主被動聯合鎖模由于調制能力有限,限制了輸出脈沖的重復頻率。與上述兩種方案相比,被動鎖模光纖激光器是獲得飛秒脈沖的有效方法,它結構簡單,能在激光腔內不使用調制器之類的任何有源器件的情況下實現超短脈沖的輸出,而且由于其鎖模帶寬很寬,可以得到幾十飛秒(fs)量級的脈沖。其原理是利用非線性器件對輸入光強度的依賴性窄化脈沖,得到更窄的光脈沖。它不受調制器響應速度的限制,可以得到相當穩定的鎖模超短脈沖輸出。第二節被動鎖模光纖激光器發展現狀被動鎖模光纖激光器是利用光纖的非線性效應來產生超短光脈沖的,它無須在腔內加電調制信號或外界注入脈沖,其結構簡單,是真正的全光器件。
      它可以充分利用摻雜光纖的增益帶寬,理論上講可直接產生飛秒光脈沖。被動鎖模光纖激光器主要有可飽和吸收體、非線性光纖環形鏡、非線性偏振旋轉三種結構。2.1可飽和吸收體加成脈沖鎖模(APM)技術出現前,在激光腔內插入可飽和吸收體((SA)是激光器被動鎖模的唯一方法。可飽和吸收體鎖模的機理很簡單:當光脈沖通過吸收體時,邊緣部分被吸收,使吸收體飽和,結果是邊緣部分的損耗大于中央部分,光脈沖在通過吸收體的過程中被窄化了。為了定量描述飽和吸收體中的脈沖窄化,定義a。為飽和吸收體的小信號吸收系數。得到In(P}/P,.)+(凡:。一1';)/Pa+aolQ=0(1.1)式中,P,.和P,、分別是輸入、輸出功率,只。是飽和功率,la是飽和吸收體長
參考文獻
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摘要 4-6 
Abstract 6-7 
目錄 8-10 
第一章 緒論 10-23 
    第一節 引言 10-11 
    第二節 被動鎖模光纖激光器發展現狀 11-16 
        1.2.1 可飽和吸收體 11-12 
        1.2.2 非線性光纖環形鏡 12-13 
        1.2.3 非線性偏振旋轉 13-16 
    第三節 超短脈沖光纖激光器研究進展 16-22 
        1.3.1 孤子脈沖鎖模光纖激光器 16 
        1.3.2 展寬脈沖鎖模光纖激光器 16-17 
        1.3.3 自相似拋物脈沖鎖模光纖激光器 17-20 
        1.3.4 全正色散鎖模光纖激光器 20-22 
    第四節 本論文研究的主要內容 22-23 
第二章 自相似鎖模光纖激光器的理論研究 23-40 
    第一節 鎖模激光器的基本理論 23-26 
    第二節 自相似拋物脈沖演化的理論研究 26-30 
        2.2.1 光脈沖在光纖中的傳輸模型 26 
        2.2.2 群速度色散對脈沖傳輸的影響 26-27 
        2.2.3 自相位調制對脈沖傳輸的影響 27-30 
    第三節 偏振器件的數值模擬 30-33 
    第四節 基于 NPR鎖模的自相似拋物脈沖光纖激光器的理論研究 33-38 
        2.4.1 NPR鎖模激光器模型 33-35 
        2.4.2 模擬和討論 35-38 
    第五節 本章小結 38-40 
第三章 全正色散鎖模光纖激光器的研究 40-55 
    第一節 全正色散鎖模光纖激光器的理論研究進展 40-46 
        3.1.1 理論模型 40-41 
        3.1.2 數值模擬結果與討論 41-44 
        3.1.3 激光器參數作用的總結 44-46 
    第二節 全正色散光纖鎖模激光器的實驗研究 46-50 
        3.2.1 相同泵浦功率下的幾種鎖模狀態 46-49 
        3.2.2 穩定鎖模時,功率與中心波長、光譜寬度的關系 49 
        3.2.3 腔長對鎖模閾值、輸出功率、鎖模狀態的影響 49-50 
        3.2.4 全正色散鎖模光纖激光器特性初步分析 50 
    第三節 激光器種子源的優化及放大系統的研究 50-54 
        3.3.1 種子源脈沖的產生 51-52 
        3.3.2 兩級放大系統 52-53 
        3.3.3 脈沖壓縮與優化 53-54 
    第四節 本章小結 54-55 
第四章 超短脈沖測量的研究 55-69 
    第一節 超短脈沖相關測量原理與技術概述 55-61 
        4.1.1 光譜和能量的測量 56-57 
        4.1.2 自相關測量 57-61 
    第二節 超短脈沖測量儀器的研制 61-68 
        4.2.1 自制相關器的參數和特點 62-63 
        4.2.2 自相關器調節和在實驗中的操作要點 63-67 
        4.2.3 測量結果 67-68 
    第三節 本章小結 68-69 
第五章 總結與展望 69-71 
參考文獻 71-75 
致謝 75-76 

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