L波段掺铒光纤激光器中矩形类噪声脉冲的研究

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类噪声脉冲(Noise-like Pulses,NLPs)具有高能量低相干性的特点,在光纤传感、激光微加工和激光烧蚀等领域有着广泛的应用。光纤激光器工作在L波段时硅纤维的损耗较低,并且传输容量高,因此L波段激光器在现代光通信系统中得到了广泛的应用。与常规锁模脉冲相比,利用非线性偏振旋转(Nonlinear Polarization Rotation,NPR)技术在光纤激光器中产生矩形类噪声脉冲是获得大能量脉冲输出的一种有效方式。到目前为止,已经研发了多种在传统C(1530–1560 nm)和L波段(1570–1620 nm)区域工作的矩形类噪声光纤激光器。基于NPR技术的L波段掺铒光纤激光器(Erbium-Doped Fiber Laser,EDFL)具有紧凑的全光纤结构和较低的锁模启动阈值,为产生稳定的、高能量的超短脉冲提供了保障。本论文基于非线性偏振旋转锁模技术,搭建了环形掺铒光纤激光器,研究了激光腔内的多种矩形类噪声脉冲的动力学行为,主要内容包括:1、概述了光纤激光器的研究历程,介绍了掺铒光纤激光器的锁模原理,并对常见的几种类型光纤激光器的锁模机制进行了解释。2、光纤中非线性脉冲传输方程的研究。阐述了掺铒光纤激光器中脉冲传输方程,利用金兹堡-朗道方程数值模拟了掺铒光纤激光器中各种锁模脉冲的产生,如传统孤子脉冲、多脉冲等,并对仿真结果进行了分析。该研究结果有助于加深人们对激光器锁模机理和特性的理解。3、L波段调Q锁模矩形类噪声脉冲光纤激光器的研究。实验中,通过适当调节泵浦源功率及偏振控制器(Polarization Controller,PC),在中心波长为1600 nm处(L波段),分别实现了传统孤子锁模、矩形类噪声脉冲锁模、调Q锁模等锁模运作。当泵浦功率从180 m W增加至360 m W时,激光器运作在调Q锁模矩形类噪声脉冲区域;当泵浦功率升高至380 m W时,激光器的工作状态切换至类噪声锁模区域。该研究结果有助于加深人们对矩形类噪声锁模脉冲及调Q锁模的动力学特性的认识。4、L波段矩形类噪声多脉冲及其谐波脉冲的研究。借助NPR技术的被动锁模作用,该激光器很容易实现被动锁模。通过适当调节腔内参数(泵浦功率与PC),在中心波长为1570 nm的L波段处,观察到基频类噪声锁模、谐波锁模和矩形类噪声多脉冲。在谐波类噪声中,观察到2-5阶谐波,且随着谐波次数的增加,矩形脉冲的脉宽随之减小。在矩形类噪声多脉冲中,观察到间距相等的矩形类噪声多脉冲以及间距不相等的矩形多脉冲。多脉冲类噪声输出的观测结果不仅在分子探测、遥感和激光通信等领域具有潜在的应用前景,而且有助于人们理解光纤激光系统中多脉冲的产生机理。
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